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咔嚓咔嚓,剪碎遺傳病的詛咒

2017年08月10日 10:26 | 作者:郭路瑤 | 來源:中國青年報
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美國遺傳學家南?!ろf克斯勒,,一生都在和“魔鬼”做斗爭,。魔鬼已殺死她的外祖父,、母親及3個舅舅,,有一天可能也會找上她,,先控制她的身體,,再奪去她的意識:讓她的全身肌肉不規(guī)律地抽動,逐漸不能走路,、說話,、思考,甚至產(chǎn)生幻覺,,直至死亡,。

這個魔鬼被稱為“亨廷頓舞蹈癥”。經(jīng)過長達14年的研究,,韋克斯勒終于找到這種遺傳病的致病基因所在,,它位于人類第4號染色體的短臂上。但她還未找到治愈方法,,對許多患病家族來說,,這個不斷傳遞的基因,就像一個難以打破的命運詛咒,。

如今,,基因編輯技術終于有望破除詛咒。不久前,,美中韓科學家利用CRISPR“基因剪刀”,,修正了人類胚胎中一種和遺傳性心臟病有關的變異,。這是科學家第一次安全編輯人類早期胚胎DNA,。

研究人員稱,,實驗使用的胚胎,不會被植入人類子宮,,這一進展仍然引發(fā)了爭議,。有學者認為,這一技術具有巨大應用前景,,未來可對付亨廷頓舞蹈癥等1萬多種單基因遺傳病,。也有學者警示,編輯生殖細胞基因并致人類懷孕,,是絕對不可逾越的“紅線”,。

在韋克斯勒看來,對于遺傳病患者及其后代,,CRISPR基因剪刀或?qū)⒊蔀樵{咒終結(jié)者,。

被人類發(fā)現(xiàn)前,基因剪刀已經(jīng)存在了億萬年

“這有點像‘個人一小步,,人類一大步’的時刻,。”得知這項實驗成功后,,生物化學家詹妮弗·杜德納在一封電子郵件中寫道,。

她是CRISPR基因剪刀的發(fā)現(xiàn)者之一。2012年,,她在《科學》雜志發(fā)表相關論文時就料到,,這項技術勢必掀起研究熱潮。然而這股浪潮之猛,,遠超她的想象,,至今絲毫沒有減退的跡象。

尋求建議和合作的郵件,,塞滿了她的郵箱,。每天,都有關于CRISPR的論文發(fā)表,。修改植物基因,、改變蝴蝶翅膀的模樣、建立人類疾病的大鼠研究模型……CRISPR的應用遍地開花,。不出兩年,,這把剪刀就用到了人類胚胎上。3位中國科學家先后實施實驗,,嘗試編輯人類早期胚胎中的致病基因,。

這把基因剪刀的發(fā)現(xiàn)完全是偶然,。

CRISPR,讀起來和英文單詞“保鮮盒”一樣,,發(fā)音帶著一點清新的味道,。但它的學術全稱相當古怪——“成簇的規(guī)律間隔的短回文重復序列”。這個繞口的名稱,,似乎也暗示著,,它不是人類特意創(chuàng)造出的。

在被人類發(fā)現(xiàn)前,,CRISPR早已在自然界存在了億萬年,,是一些細菌基因組上的DNA重復結(jié)構(gòu)。研究者原本以為,,它們不過像人類的闌尾一樣多余,。隨著研究深入,科學家逐漸發(fā)現(xiàn),,夾在這些重復序列中的奇怪片段,,竟是一張張“快照”,記錄著曾經(jīng)侵犯過它們的病毒遺傳信息,。一旦發(fā)現(xiàn)特定病毒再犯,,細菌體內(nèi)來回巡邏的蛋白質(zhì)“哨兵”,能快速將病毒的DNA切割成片段,。

沒想到,,最古老的細菌免疫系統(tǒng),轉(zhuǎn)身變成了人類最前衛(wèi)的基因剪刀,。2012年,,杜德納和合作者卡朋特首先提出,由于CRISPR系統(tǒng)特有的DNA切割功能,,它可以作為新一代的基因編輯工具,,人類完全可以對這個系統(tǒng)進行“編程”。刪改指定的DNA序列,,就像電腦編輯文字一樣,。

基因剪刀的發(fā)現(xiàn),也意味著,,對那些魔鬼般的致病基因,,人類或許可以干凈利落地切下,然后組裝上正常的健康基因,。

在世界上許多地方,,人們?nèi)员贿z傳病的詛咒籠罩著。委內(nèi)瑞拉馬拉開波湖邊的一個小村莊,,有著世界上最高的亨廷頓舞蹈癥發(fā)病率,。那兒的湖水像天空一樣湛藍,,但患者的臉卻因疼痛而扭曲,腿萎縮得像樹枝一樣纖細,。

幾年前,,韋克斯勒回訪這個她曾深入研究的村莊,遇見了40歲的西羅,。他是一位父親,,也曾是一個優(yōu)雅的鼓手,一個健壯的漁民,。但疾病逐漸摧毀了他,他的身體不受控制地扭動著,,他14個孩子中的10個,,被診斷為亨廷頓舞蹈癥。因為一個世代相傳的基因,,他們的命運,,在出生之前就已注定。

改造基因,,似乎成了解除咒語的唯一辦法,。

新一代基因剪刀,必須更精細,,更安全

早在1963年,,DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)才被發(fā)現(xiàn)10年,便有諾貝爾獎得主大膽預言,,基因治療手段的出現(xiàn),,“只是時間問題”。

1990年9月14日,,這一預言第一次成為現(xiàn)實,。醫(yī)生“用顫抖的雙手打開閥門”,將白細胞重新輸回一個14歲女孩體內(nèi),。這位長期被各種細菌感染折磨的小病人,,患有重癥聯(lián)合免疫缺陷病,由于遺傳突變,,她的免疫系統(tǒng)幾乎完全失靈,。然而,她的白細胞在接受基因改造后,,幾乎恢復了正常功能,。

主治醫(yī)生安德森在才創(chuàng)刊的《人類基因治療》雜志上發(fā)表了一篇文章。標題就一個詞——“開端”,。

“人類從此開始揮舞上帝的手術刀,,修改自身的遺傳信息,,對抗億萬年進化留給自己的病痛折磨?!痹凇痘蚓庉嫼喪罚荷系鄣氖中g刀》一書中,,浙江大學生命科學研究院教授王立銘寫道。

不過,,人類當時揮舞的這把手術刀,,還沒那么好用。它利用失活病毒侵染人類細胞,,將DNA片段送入細胞內(nèi),,但只能簡單地插入序列,不能刪除或替換,。對亨廷頓舞蹈癥及許多其他遺傳病,,這一方法并不奏效。

更重要的是,,這些病毒的安全性也很難保證,。

1999年,一個名叫杰西的美國年輕人,,在基因治療臨床試驗中不幸去世,。這個患有罕見代謝遺傳病的高中畢業(yè)生,義無反顧地接受了試驗,,但最終因病毒引起的強烈免疫反應死亡,。

此后,更糟的消息傳來,,一項基因治療手段,,竟導致5個兒童患上了白血病。問題同樣出在不聽話的病毒上,,它們將外源基因插在了人類基因組的關鍵區(qū)域,,誘發(fā)了白血病。

不聽話的病毒,,逐漸讓人類失望,。上世紀90年代,超過500項基因治療臨床試驗展開,,但沒有一項推進到大規(guī)模臨床試驗階段,。人類不得不繼續(xù)研發(fā)新一代基因剪刀,它應當更精細,,更安全,。

新武器被稱為基因編輯技術。王立銘解釋,,它起碼得有“三件套”——GPS,、剪刀和針線,,不僅能精確地找到手術部位,還能細致地剪切縫補,。

在發(fā)現(xiàn)CRISPR前,,科學家已研發(fā)出兩款基因編輯工具,但它們相當笨重,,操作流程極其繁瑣,。源自細菌體內(nèi)的CRISPR,堪稱“蠅量級選手”,,不僅大幅減少了基因編輯的工作量,,而且操作簡易,極大降低了基因編輯的門檻,。

這把新型基因剪刀,,已被用來對付韋克斯勒渴望打敗的魔鬼。

不久前,,科學家用患有亨廷頓舞蹈癥的小鼠做了實驗。研究人員利用CRISPR,,矯正了它們腦細胞中的致病基因,。“奇跡”沒有發(fā)生,,這些小鼠未能恢復到健康水平,,但運動能力得到了一定改善。

這遠遠不足以破除詛咒,。即便亨廷頓舞蹈癥患者能被成功治愈,,他們的后代仍有50%的概率遺傳致病基因,重蹈他們的命運,。

對生殖細胞的基因改造,,似乎才是終點。然而,,它激起了倫理爭議,。

閘門打開,要避免基因多樣性遭到破壞

在CRISPR基因剪刀剛被發(fā)現(xiàn)的頭兩年里,,杜德納不太愿意討論倫理問題,。

“這離我們太遙遠了,現(xiàn)有科學研究還沒到那一步,?!边@位生物化學家抱怨。

CRISPR技術本身還存在尚未完全攻克的難題,,比如“脫靶效應”,。這把大自然賦予的基因剪刀,,有時并不能精準識別目標DNA序列,給基因編輯的安全性帶來威脅,。

但隨著CRISPR快速應用到各個領域,,杜德納開始輾轉(zhuǎn)難眠?!叭祟悓⒃囼灨脑炀?、卵細胞或胚胎基因,試圖創(chuàng)造可遺傳的改變,,這似乎注定不可避免,。”

最近針對人類胚胎基因的改造實驗,,更是成功降低了脫靶效應,。

就在今年年初,對改造生殖細胞,,美國國家科學院也首次松了口,,發(fā)布了《人類基因組編輯:科學、倫理和管理》報告,,建議在嚴格的監(jiān)管和風險評估下,,基因編輯技術可用來改造人類生殖細胞和胚胎,但僅限于治療先天遺傳疾病,。

許多人擔憂,,閘門如果進一步打開,會不會有人想設計“完美寶寶”,。

在不少科幻小說中,,一個階級徹底固化的社會將因此成型。有錢人可以任意改造后代基因,,讓孩子成為智力“超人”,,底層人向上流動的通道將被鎖死。

但在現(xiàn)實中,,“完美寶寶”還太遙遠,。身高、相貌,、智力等特征,,由許多基因共同控制,科學家尚未完全掌握,。目前,,基因剪刀最可能影響的,是那些由單基因控制的遺傳疾病。

更多科學家憂慮,,基因多樣性會遭到破壞,。

有些致病基因看起來“很壞”,但在特定地區(qū)和時期,,卻能讓整個人類物種免遭毀滅,。比如腫囊性纖維化是一種隱性單基因遺傳病,能導致各個器官水腫,,甚至危及生命,。但僅從父親或母親那里遺傳了一個基因拷貝的人,不僅不會發(fā)病,,反而可能對霍亂,、痢疾和肺結(jié)核擁有額外的抵抗力。鐮刀型貧血癥基因的雜合子,,也天然能夠抵抗瘧疾,。

杜德納深知這些風險。但另一方面,,每天都有被遺傳病困擾的人向她求助,。有一封郵件令杜德納印象深刻,一個26歲的女孩詢問,,是否應切除雙乳及卵巢,,因為她攜帶了BRCA1基因突變,有60%的概率患上乳腺癌,。但即便她沒有發(fā)病,倘若她選擇生育,,她的致病基因仍可能遺傳下去,。

如果沒有基因剪刀,對于這些人而言,,生命就像一場賭局,。

比如韋克斯勒。在收集了4000份患者血樣后,,她終于找到了亨廷頓舞蹈癥的致病基因,,并研發(fā)出容易操作的疾病檢測方法。然而,,她自己從未做過測試,。這位專門研究基因的遺傳學家說:“有時候,生活在模棱兩可的不確定性中,,反而好一點,。”

她永遠無法忘記那天,父親在餐桌上告訴她和妹妹,,母親突然發(fā)病了,,她們也有50%的幾率患病。之后的歲月里,,常去博物館,、愛聽古典音樂的母親,終日躺在鋪滿羊毛的病床上,。因為她不住地顫抖,,身上傷得青一塊紫一塊。直到她去世后,,韋克斯勒才覺得,,那個熟悉的母親回來了——至少她不再發(fā)抖了。

在可預期的未來,,有效控制風險后,,基因編輯也許能幫助不少遺傳病家族打破詛咒。但很可惜,,正是因為了解與理性,,72歲的韋克斯勒一生未做母親。


編輯:王慧文

關鍵詞:基因剪刀 人類 遺傳病 幻覺 DNA

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