不久前，醫(yī)學(xué)界的一個(gè)事件引發(fā)全球關(guān)注。美國(guó)一名6個(gè)月大、患有罕見(jiàn)病的嬰兒，成為全球首名接受個(gè)體化基因編輯療法的嬰兒。醫(yī)療團(tuán)隊(duì)運(yùn)用精準(zhǔn)基因編輯技術(shù)，針對(duì)其基因缺陷實(shí)施定制化治療，成功治愈致命性遺傳疾病。這一里程碑式的成果，為缺乏有效治療手段的遺傳性疾病患者開(kāi)辟全新的診療路徑。目前的基因編輯技術(shù)發(fā)展到了什么階段，未來(lái)將幫助人類(lèi)解決哪些問(wèn)題？本期“瞰前沿”，我們一同走近基因編輯，看科技“神筆”如何改寫(xiě)生命密碼。
——編者
基因編輯如同“分子剪刀”
精準(zhǔn)刪除、插入或替換特定基因
基因是攜帶遺傳信息的DNA片段，它決定了生物的性狀特征。基因編輯技術(shù)，就是對(duì)特定的基因進(jìn)行刪除、插入或替換，從而實(shí)現(xiàn)基因序列的定向改造。
打個(gè)比方，基因編輯技術(shù)像一支帶有精準(zhǔn)便捷導(dǎo)航系統(tǒng)的“修正筆”。這支“修正筆”可以矯正和修改病變的、錯(cuò)誤的基因。
人體的基因組有30億個(gè)堿基對(duì)，可以簡(jiǎn)單理解為人體是一本由30億個(gè)字符組成的書(shū)。基因編輯技術(shù)可以快速精準(zhǔn)地找到并修改特定字符。從發(fā)現(xiàn)遺傳規(guī)律到精準(zhǔn)修改生命密碼，基因編輯技術(shù)正在改變著人類(lèi)對(duì)生命的認(rèn)知。
值得注意的是，大眾時(shí)常討論的“轉(zhuǎn)基因技術(shù)”，與“基因編輯技術(shù)”在原理應(yīng)用上大不相同。
轉(zhuǎn)基因技術(shù)是將外源基因（如其他物種的基因）“跨界”導(dǎo)入目標(biāo)生物體內(nèi)。例如將抗蟲(chóng)基因?qū)朊藁ǎ屆藁ň邆淇瓜x(chóng)的能力。外源基因?qū)氲缴矬w基因組的位置是隨機(jī)的，這就如同給房子（基因組）加裝一套新家具（轉(zhuǎn)基因），隨機(jī)擺放可能會(huì)影響甚至破壞原有布局。
基因編輯技術(shù)則是對(duì)生物自身基因進(jìn)行“精準(zhǔn)修改”，如同用“分子剪刀”刪除、插入或替換原有基因片段。它像對(duì)房子“重鋪水電管線”的精裝修工程，提升房屋的整體質(zhì)感，卻不破壞整體結(jié)構(gòu)。
技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展階段
堿基編輯技術(shù)、引導(dǎo)編輯技術(shù)等精確高效
基因編輯技術(shù)的演進(jìn)，是一場(chǎng)解讀生命密碼的跨世紀(jì)接力。
19世紀(jì)60年代，孟德?tīng)柾ㄟ^(guò)豌豆雜交實(shí)驗(yàn)揭示了遺傳規(guī)律，開(kāi)啟了人類(lèi)理解遺傳現(xiàn)象的大門(mén)。1953年，沃森和克里克揭示了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，使遺傳信息的編碼方式得以洞察。20世紀(jì)六七十年代，隨著DNA重組技術(shù)的發(fā)展，基因編輯技術(shù)走向?qū)嵺`。進(jìn)入21世紀(jì)，基因編輯技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展階段。2012年CRISPR基因編輯技術(shù)誕生，實(shí)現(xiàn)了前所未有的跨越。
CRISPR技術(shù)劃時(shí)代意義何在？簡(jiǎn)要地說(shuō)，這項(xiàng)技術(shù)為基因編輯領(lǐng)域提供了“GPS導(dǎo)航+精細(xì)手術(shù)”的雙重工具，不僅操作過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)便，成本也顯著減少，極大地降低了基因編輯的技術(shù)門(mén)檻。
近年來(lái)，一系列更為精確、高效的基因編輯技術(shù)相繼問(wèn)世。“堿基編輯技術(shù)”能夠在不破壞DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)堿基的精確替換，為治療由單個(gè)堿基突變引發(fā)的遺傳性疾病提供了新的策略；“引導(dǎo)編輯技術(shù)”實(shí)現(xiàn)了對(duì)小段DNA的精確插入、刪除或替換，為構(gòu)建復(fù)雜疾病模型、解析基因功能提供了更為靈活的工具；“逆轉(zhuǎn)座子技術(shù)”能夠?qū)⒋蠖蜠NA有目的地整合到基因組中，為基因治療中引入功能性基因、修復(fù)缺失基因提供了更為穩(wěn)健的載體方案……這些技術(shù)為生命科學(xué)研究提供了更為精細(xì)的操作工具，極大地促進(jìn)了基礎(chǔ)科學(xué)研究的突破和轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)的發(fā)展。
應(yīng)用場(chǎng)景不止醫(yī)學(xué)領(lǐng)域
培育新型水稻、制造生物燃料、稀缺藥物合成
當(dāng)前，基因編輯技術(shù)正從實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的理論研究與初步探索向?qū)嶋H應(yīng)用場(chǎng)景轉(zhuǎn)化。
在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，基因編輯技術(shù)為遺傳病的治療提供了新的方法。地中海貧血癥是一種血紅蛋白異常的疾病，利用CRISPR基因編輯技術(shù)可以精準(zhǔn)編輯患者的造血干細(xì)胞，恢復(fù)其血紅蛋白基因的正常表達(dá)，再將這些經(jīng)過(guò)編輯的干細(xì)胞回輸?shù)交颊唧w內(nèi)。目前，全球已有部分患者通過(guò)這一創(chuàng)新療法實(shí)現(xiàn)了癥狀的顯著緩解。在癌癥治療方面，基因編輯技術(shù)同樣展現(xiàn)出強(qiáng)大的實(shí)力。CAR—T（嵌合抗原受體T細(xì)胞）療法同樣可以利用基因編輯技術(shù)對(duì)患者的免疫細(xì)胞進(jìn)行基因改造，通過(guò)對(duì)T細(xì)胞的“分離—改造—擴(kuò)增—回輸”等幾道程序，增強(qiáng)其對(duì)抗癌細(xì)胞的能力。
得益于基因編輯技術(shù)的演進(jìn)，科學(xué)家正在逐步揭示生命的奧秘。科學(xué)家們通過(guò)對(duì)小鼠的基因進(jìn)行精確編輯，模擬血友病、杜氏肌營(yíng)養(yǎng)不良等復(fù)雜疾病的發(fā)病過(guò)程。借助這些技術(shù)手段，研究人員可以深入觀察疾病的發(fā)展變化，進(jìn)而加速新藥的研發(fā)進(jìn)程，為攻克人類(lèi)頑疾提供重要的科學(xué)依據(jù)。
在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，基因編輯技術(shù)同樣大有用處。通過(guò)基因組編輯技術(shù)與水稻雜種優(yōu)勢(shì)利用技術(shù)的結(jié)合，我國(guó)成功培育出新一代抗鎘超級(jí)稻。同樣的，通過(guò)編輯水稻中的感病基因，培育出能夠抵抗稻瘟病、白葉枯病等多種災(zāi)害的新型水稻品種，為全球糧食安全提供了有力保障。
在生物制造領(lǐng)域，基因編輯技術(shù)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量提升、成本降低、能耗減少的新型“催化劑”。在綠色生物燃料的生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)發(fā)酵菌中的酵母基因進(jìn)行精確改造，能夠更高效地將糖類(lèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)換為乙醇，推動(dòng)生物燃料產(chǎn)業(yè)的綠色發(fā)展。在稀缺藥物合成方面，通過(guò)編輯微生物基因，在縮短實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)周期的同時(shí)，顯著降低了生產(chǎn)成本。
“生命劇本”不可輕言改寫(xiě)
嚴(yán)格設(shè)置邊界，規(guī)范醫(yī)學(xué)倫理
隨著基因編輯技術(shù)應(yīng)用的不斷深入，倫理規(guī)范是必須正視的問(wèn)題。相關(guān)爭(zhēng)議，主要聚焦在人類(lèi)生殖細(xì)胞的編輯上。
首先，在進(jìn)行基因編輯時(shí)，基因的遺傳性可能會(huì)永久改變?nèi)祟?lèi)基因池，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的脫靶效應(yīng)可能會(huì)危及后代健康，嚴(yán)重違背醫(yī)學(xué)倫理的風(fēng)險(xiǎn)最小化原則。其次，不以治療為目的的非治療性基因增強(qiáng)可能加劇社會(huì)不公，威脅生物多樣性，導(dǎo)致技術(shù)優(yōu)生主義。最后，由于胚胎無(wú)法自主決定被修飾的遺傳特征，也挑戰(zhàn)了生命自決權(quán)倫理。
生命尊嚴(yán)、個(gè)體權(quán)利與社會(huì)公平是基因編輯技術(shù)發(fā)展的前提。人類(lèi)需在倫理共識(shí)基礎(chǔ)上，審慎釋放技術(shù)潛力，確保其真正服務(wù)于社會(huì)福祉。
為了不讓基因編輯技術(shù)誤入歧途，科學(xué)家們?cè)谑褂眠@一技術(shù)時(shí)設(shè)置了嚴(yán)格的技術(shù)邊界：優(yōu)先發(fā)展不具遺傳性的體細(xì)胞編輯技術(shù)，以治療目的為主，禁止生殖細(xì)胞編輯臨床應(yīng)用。通過(guò)國(guó)際協(xié)同監(jiān)管與透明審查機(jī)制，防止倫理違規(guī)行為。搭建跨學(xué)科平臺(tái)，積極推動(dòng)公眾參與制定技術(shù)應(yīng)用公約。
2024年7月，科技部發(fā)布了由國(guó)家科技倫理委員會(huì)醫(yī)學(xué)倫理分委員會(huì)研究編制的《人類(lèi)基因組編輯研究倫理指引》，回應(yīng)人類(lèi)基因編輯技術(shù)研究與應(yīng)用所面臨的倫理挑戰(zhàn)，規(guī)范人類(lèi)基因組編輯研究行為，促進(jìn)人類(lèi)基因組編輯研究健康發(fā)展。
從治愈頑疾到優(yōu)化作物，基因編輯技術(shù)——這支改寫(xiě)生命密碼的“神筆”證明：生命的劇本，并非不可改寫(xiě)。但這份改寫(xiě)“劇本”的能力，分量異常沉重。它要求我們懷揣對(duì)生命最深的敬畏，在希望與風(fēng)險(xiǎn)、個(gè)體訴求與人類(lèi)未來(lái)之間，做出極其審慎的抉擇，確保每一步都尊重生命的尊嚴(yán)與公平。
（作者為中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所研究員，本報(bào)記者喻思南采訪整理）
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