方陵生/編譯

我與CRISPR風(fēng)云際會(huì)的一年
——基因編輯革命先驅(qū)者詹妮弗·杜德納回憶2015年

方陵生/編譯

●詹妮弗·杜德納（Jennifer Doudna），基因編輯技術(shù)革命的先驅(qū)者，重溫2015年與CRISPR的風(fēng)云際會(huì)，談了在CRISPR風(fēng)靡世界的一年里她的收獲與感想

大約20個(gè)月之前，我開(kāi)始失眠。自從我和我的同事發(fā)表了一篇描述一種可以用來(lái)設(shè)計(jì)基因組且被稱為CRISPR-Cas9的細(xì)菌系統(tǒng)的論文以來(lái)，已有近兩年時(shí)間了。

世界各地的實(shí)驗(yàn)室將這一技術(shù)應(yīng)用于生物學(xué)研究領(lǐng)域的速度令我震驚，從修改植物基因，到改變蝴蝶翅膀的圖案，再到微調(diào)老鼠疾病的模式，凡此種種，不勝枚舉。但同時(shí)，這一技術(shù)快速成為改變基因組的工具這一事實(shí)對(duì)于其本身的哲學(xué)和倫理上的影響，我卻沒(méi)有去多想。

例如，基因組編輯是否應(yīng)該用于非醫(yī)療性質(zhì)的基因強(qiáng)化，這類問(wèn)題離我所熟悉的研究領(lǐng)域很遙遠(yuǎn)。所以我對(duì)自己說(shuō)，這是生物倫理學(xué)家首先要考慮的問(wèn)題。和大多數(shù)其他研究人員一樣，我只想利用這項(xiàng)技術(shù)幫助我在我的研究領(lǐng)域內(nèi)取得成果。

迄今，用CRISPR-Cas9操縱細(xì)胞和生物體的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，然而出乎我意料的是，有人把這一技術(shù)應(yīng)用于人類卵子、精子或胚胎的研究從而改變?nèi)祟愡z傳基因的做法似乎已不可避免。2014年春的那段時(shí)間里，我經(jīng)常徹夜難眠，躺在床上想是否應(yīng)該遠(yuǎn)離這一場(chǎng)關(guān)于倫理道德的激烈爭(zhēng)辯，雖然它是由我所參與創(chuàng)建的這一技術(shù)所引發(fā)的。

CRISPR-Cas9工作原理

規(guī)律成簇的間隔短回文重復(fù)(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats)，簡(jiǎn)稱CRISPRs，是在細(xì)菌的遺傳密碼中發(fā)現(xiàn)的重復(fù)序列。它是通過(guò)將入侵噬菌體和質(zhì)粒DNA的特殊片段整合到CRISPR中，從而創(chuàng)建入侵病毒的基因記錄。

如果重復(fù)遇到某種病毒，細(xì)菌就可以產(chǎn)生一段與病毒序列相匹配的RNA，這種“向?qū)NA”與切割DNA的Cas酶結(jié)合起來(lái)，可以發(fā)現(xiàn)并“隔離”匹配的病毒序列，從而阻止病毒復(fù)制。

通過(guò)對(duì)“向?qū)NA”的設(shè)計(jì)，研究者可以對(duì)Cas酶進(jìn)行編程（普遍使用的是Cas9），使其與他們想要在細(xì)胞基因組里“替換掉”的特定DNA相匹配，從而觸發(fā)DNA修復(fù)過(guò)程，導(dǎo)致研究人員感興趣的基因序列發(fā)生改變。

令科學(xué)家群體興奮的CRISPR

“真令人難以相信，竟然如此成功?！边@是2012年12月，我的一位一直在嘗試使用CRISPR-Cas9從事研究的同事發(fā)出驚嘆。這是我在實(shí)驗(yàn)室里感受到的令人興奮的經(jīng)歷，其他一些科研合作伙伴也從這項(xiàng)基因編輯技術(shù)中體會(huì)和分享著CRISPR給他們帶來(lái)的興奮之情。

一種新的分子分析工具通常需要幾年時(shí)間才能被普遍接受。然而，即使是在2012年后半年，在我和我的同事發(fā)表了我們最初研究的幾個(gè)月時(shí)間里，至少有6篇論文描述了CRISPR-Cas9在基因組修改工程中的應(yīng)用。

2013年初，包括描述編輯人類干細(xì)胞基因組以及改變整個(gè)有機(jī)體（以斑馬魚(yú)為例）的技術(shù)等在內(nèi)的數(shù)篇論文的發(fā)表，使我們預(yù)感到將有一場(chǎng)十分激烈的爭(zhēng)論發(fā)生。到2014年底，科學(xué)家們已利用CRISPR-Cas9技術(shù)做了許多事情，如用來(lái)提高小麥抗病蟲(chóng)害能力，復(fù)制小鼠肺特定染色體易位的致癌效應(yīng)和修改成年老鼠的基因變異（這種基因突變會(huì)導(dǎo)致人類遺傳性疾病酪氨酸血）等。

然而，CRISPR-Cas9的另一項(xiàng)潛在應(yīng)用引起了更為復(fù)雜的倫理道德問(wèn)題。2014年2月，研究人員描述了如何利用這一技術(shù)對(duì)獼猴胚胎基因組進(jìn)行精確的修改。獼猴基因與人類基因非常接近，通常用于模擬人類遺傳疾病的研究。這種修改將導(dǎo)致獼猴胚胎發(fā)育過(guò)程中的大部分細(xì)胞基因發(fā)生變化，包括它們的卵子或精子，這種改變還將意味著對(duì)它們的后代的鏈?zhǔn)礁淖儭?/p>

記者們爭(zhēng)相探尋我對(duì)這項(xiàng)研究的看法，這令我悚然警覺(jué)。在拜讀了這些論文之后，我從辦公室窗戶中嘹望遠(yuǎn)處的舊金山灣，心中思考著，如果接下來(lái)記者聯(lián)系到我，并想知道我對(duì)人類胚胎基因編輯工作有何看法時(shí)，我要怎么說(shuō)呢？“是否要不了多久，就會(huì)有人將這一技術(shù)運(yùn)用在人類身上了嗎？”第二天早上在飯桌上，面對(duì)丈夫，我心中的疑問(wèn)突然脫口而出。

與此同時(shí)，我收到了被潛在毀滅性遺傳疾病困擾的許多人的多封電子郵件。其中一封郵件中，一位26歲的女子說(shuō)發(fā)現(xiàn)自己攜帶有BRCA1突變，當(dāng)她70歲時(shí)患上乳腺癌的機(jī)率約為60%，她正在考慮是否要進(jìn)行乳房和卵巢切除手術(shù)，她想知道運(yùn)用CRISPR-Cas9技術(shù)治療是否意味著可以讓她避免患上乳腺癌，從而避免切術(shù)手術(shù)帶來(lái)的痛苦。

獼猴研究和與病人及其家屬的交流讓我忙得不可開(kāi)交。每天都有描述CRISPR-Cas9研究的新論文出現(xiàn)，我的收件箱里塞滿了來(lái)自各地研究人員尋求建議或請(qǐng)求協(xié)作的郵件。所有這些都有可能對(duì)我的生活產(chǎn)生直接影響，然而我認(rèn)識(shí)的大多數(shù)人與我的研究工作都沒(méi)有交集。包括我的鄰居、我的大家庭成員、我的父母和兒子的同學(xué)等，基本上都對(duì)CRISPR-Cas9都沒(méi)有什么概念。我覺(jué)得我和他們就像是生活在兩個(gè)不同的世界里。

在2014年底，雖然我一直不愿參與對(duì)這個(gè)問(wèn)題的公開(kāi)討論，但我的責(zé)任心改變了我想超脫事外的初衷。顯然，政府、監(jiān)管機(jī)構(gòu)和其他人都沒(méi)有關(guān)注基因編輯研究的飛速發(fā)展，除了使用這項(xiàng)技術(shù)的科學(xué)家，誰(shuí)又會(huì)來(lái)公開(kāi)討論它所產(chǎn)生的影響呢？

CRISPR引發(fā)的倫理道德?tīng)?zhēng)論

我第一次認(rèn)真介入這場(chǎng)倫理道德的爭(zhēng)論是1月份在加州納帕舉行的為期一天的會(huì)議上。我也是這一由創(chuàng)新基因組計(jì)劃主持并發(fā)起會(huì)議的組織者之一。與會(huì)的18人中包括有科學(xué)家、生物倫理學(xué)家、電影制片人以及加州大學(xué)伯克利分校的行政管理人員，我們一起討論了基因工程可能對(duì)衛(wèi)生保健、農(nóng)業(yè)和環(huán)境產(chǎn)生的影響，并重點(diǎn)討論了這項(xiàng)技術(shù)對(duì)人類生殖細(xì)胞系——卵子、精子和胚胎——的修改所產(chǎn)生的影響。

會(huì)議后不久，我們?cè)凇犊茖W(xué)》雜志上發(fā)表了一篇闡述我們觀點(diǎn)的文章，敦促全球科學(xué)界避免使用任何基因編輯工具修改人類胚胎并用于臨床，我們還建議召開(kāi)公開(kāi)會(huì)議，開(kāi)展對(duì)非科學(xué)家人群的科普教育，進(jìn)一步探討如何負(fù)責(zé)任地進(jìn)行基因組工程的研究和應(yīng)用。

納帕?xí)h以來(lái)，我在學(xué)校、大學(xué)和企業(yè)，以及美國(guó)、歐洲和亞洲等地，共發(fā)表了60多次關(guān)于CRISPR-Cas9的演講，我曾在美國(guó)國(guó)會(huì)大樓前，與為美國(guó)總統(tǒng)提供科學(xué)建議的白宮科技政策辦公室的工作人員談過(guò)這個(gè)話題；我也曾回答過(guò)加州州長(zhǎng)和其他人提出的一些問(wèn)題，這類討論將我從埋頭科研的寧?kù)o氛圍里推到了由CRISPR引發(fā)的道德困境中。

作為一名生物化學(xué)家，我從來(lái)沒(méi)有用動(dòng)物、人體或人體組織做過(guò)研究實(shí)驗(yàn)，對(duì)于其他一些研究領(lǐng)域中固有的倫理困境，如克隆、干細(xì)胞和體外受精等，我都不甚清楚。但通過(guò)一些同事對(duì)我的提點(diǎn)，讓我對(duì)一些問(wèn)題有了不同理解。例如，涉及人體或人體組織的實(shí)驗(yàn)，各個(gè)國(guó)家對(duì)其的監(jiān)管都有所不同，而體外受精所帶來(lái)的倫理困境在歷史上也由來(lái)已久。

2015年是我最忙最緊張，也是最令我沉迷的一年。有時(shí)我真希望自己可以走下這忙碌的“旋轉(zhuǎn)木馬”，僅僅幾分鐘也好，讓我有時(shí)間處理一下其他的事情。為了不影響我與實(shí)驗(yàn)室成員的科研進(jìn)展，我與他們?cè)谝黄鹱鲅芯康臅r(shí)間大多只能放在晚上或周末，或通過(guò)電子郵件交換意見(jiàn)。而照料我心愛(ài)的菜園，以及與13歲兒子一起到加州田野上踏青這類事也因此全都顧不上了。

在我的一位同事就CRISPR-Cas9的辯論“浪潮”即將到來(lái)提醒我三年之后，我仍然不清楚什么時(shí)候這一“浪潮”將會(huì)達(dá)到波峰。但在2015年結(jié)束之際，有些事情我已經(jīng)可以肯定。

關(guān)于CRISPR更廣泛的對(duì)話

參加納帕?xí)h的18名與會(huì)者都是美國(guó)人，大多數(shù)都是科學(xué)家，納帕?xí)h只是關(guān)于CRISPR更廣泛對(duì)話的一個(gè)起點(diǎn)，但會(huì)議決議涉及兩個(gè)很重要的方面。

2014年七、八月份時(shí)，我開(kāi)始產(chǎn)生了一些擔(dān)心，在科學(xué)家向更廣泛的群體普及相關(guān)知識(shí)之前，CRISPR-Cas9的使用要么本身是危險(xiǎn)的，要么會(huì)被視為危險(xiǎn)的。如果我的鄰居或朋友說(shuō)：“這一切正在發(fā)生，而你為什么并沒(méi)有告訴我們？”我不會(huì)怪他們。從科學(xué)的角度來(lái)看，不久前發(fā)表在《自然》雜志上的相關(guān)評(píng)論，幫助傳達(dá)了這樣一個(gè)信息，即那些主導(dǎo)這項(xiàng)工作的人必須意識(shí)到，他們有責(zé)任就人們所擔(dān)憂的相關(guān)問(wèn)題做出解釋。

4月份發(fā)表的一篇文章提出CRISPR-Cas9將被用來(lái)修改人類不能存活胚胎的基因，使得關(guān)于這些問(wèn)題的討論更為迫切，從那以后，有關(guān)這個(gè)問(wèn)題的大量聽(tīng)證會(huì)和峰會(huì)紛紛在世界各地舉行。其中最突出是中國(guó)科學(xué)院、美國(guó)國(guó)家科學(xué)院和英國(guó)皇家學(xué)會(huì)在華盛頓聯(lián)合主辦的一個(gè)專門討論人類基因編輯問(wèn)題的會(huì)議。

如今由于國(guó)際合作對(duì)科學(xué)發(fā)展的巨大影響，原則上科學(xué)家可以在一定程度上通過(guò)自審制度改變?nèi)蚩茖W(xué)事業(yè)的發(fā)展方向。我認(rèn)為，讓公眾相信科學(xué)的最好辦法是鼓勵(lì)人們充分了解某項(xiàng)技術(shù)，并積極參與其應(yīng)用范圍的討論。在這個(gè)科技知識(shí)和資源全球共享，并且發(fā)布和獲取數(shù)據(jù)資料也比以往任何時(shí)候都更加方便快捷的世界里，這一點(diǎn)尤顯重要。

此刻，讓我感到興奮的是基因工程對(duì)人類生活的潛在積極影響，以及我們對(duì)生物系統(tǒng)的更多了解。我的同事們經(jīng)常給我發(fā)電子郵件，講述他們使用CRISPR-Cas9對(duì)各種不同生物體的研究，從培育抗蟲(chóng)害的生菜，到降低菌類植物菌株的致病性，再到修改人類細(xì)胞，以期有一天能夠治愈困擾人類許久的諸如肌肉萎縮癥、囊性纖維化和鐮狀細(xì)胞性貧血等的多種疾病。

我認(rèn)為，鑒于他們的研究工作有可能產(chǎn)生的社會(huì)、倫理和生態(tài)影響，科學(xué)家可以有一些超前的考慮。例如，為生物系學(xué)生提供一些關(guān)于如何在非科學(xué)家群體中普及科普教育的培訓(xùn)，這也許能改變科研帶來(lái)的某些倫理困境。至少可以讓未來(lái)的研究人員更好地勝任他們的工作任務(wù)。例如，知道如何令人信服地描述某個(gè)研究目標(biāo)，及如何判斷記者的動(dòng)機(jī)并確保他們?cè)谛侣剤?bào)道中準(zhǔn)確表述，這些對(duì)于每一個(gè)研究人員的科研生涯都有很重要的意義。

[資料來(lái)源：Nature][責(zé)任編輯：遙醒]