《比尔·盖茨:基因编辑改写生命密码 对抗疾病与饥荒》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: hujm
  • 发布时间:2018-04-20
  • 比尔·盖茨是CRISPR基因编辑技术的积极倡导者。他认为研究者们可应用CRISPR基因编辑技术“剪切”掉不需要的基因,替换上更优化基因;编辑技术能实现牲畜和农作物持续性发展;甚至消灭传播疟疾的蚊子!让我们一起看看天才的想法有多么与众不同。

    在过去的几年中,科学家们发现CRISPR基因编辑技术并不断优化,应用这种技术人们可以进行DNA编辑,敲除不必要的DNA,以新的片段替代原始片段,用来治疗疾病以及赋予生物全新的特性。

    虽然很早之前科学家就可以进行DNA编辑,但是相比较而言,应用CRISPR技术更加精确,成本更低。

    强大的力量——改写生命遗传密码

    在最近发表在《外交事务》的一篇文章中,比尔·盖茨描述了基因编辑技术有可能改变世界的一些方式。他写道,自20世纪90年代以来,人们在降低儿童死亡率,疾病防治,饥饿问题以及摆脱贫困方面取得了重大进展。但还有很长的路要走。

    “如果人们想要继续取得过去几十年的显着进步,那么在安全和道德准则指引下,科学家们应该继续利用CRISPR等有前景的工具,这一点至关重要,”盖茨写道。

    长期以来,盖茨一直支持使用遗传编辑工具。他是Editas Medicine的早期投资者之一,该公司是最早开始尝试使用CRISPR技术治疗人类疾病的公司之一。近十年来,盖茨基金会的研究人员一直致力于利用基因编辑技术来改良作物和消灭携带疟疾的蚊子。

    在这篇最新的文章中,盖茨详细列出了他认为现在基因编辑可能产生最大影响的地方。

    哺育世界

    许多专家认为人们会遇到编辑DNA的生命形式的第一个地方就是农业世界。

    编辑植物或动物的基因其实并不涉及添加来自其他生物的基因,如某些形式的基因修饰。(大多数科学家认为转基因生物体仍然是安全的,盖茨也支持这些观点。)但是我们仍然可以通过基因编辑这种强大的方法改变生物体。

    正如比尔盖茨所说,目前很多研究人员正在研究如何修饰热带奶牛的基因,这种奶牛通常不会产生很多牛奶,但是通过基因修饰就可以使它们像奶牛一样生产牛奶。

    同时,在全球变暖的趋势下,科学家也在尝试能否使这种奶牛在炎热的气候中具有更好的适应性。目前,研究人员已经掌握了类似的基因修饰方法,通过这种方法编辑母牛的遗传密码可以消除其角的生长。

    编辑农作物的基因也可以使其更容易在炎热或干旱的条件下生存,生长繁殖过程中只需要较少的水但是却能提供更多的营养。这些改变对于哺育这个世界来说可能是必不可少的,正如盖茨写道的那样,预计到2050年非洲人口将增加一倍以上。并且世界将会继续变暖。

    消灭疾病

    许多研究人员应用基因编辑技术修饰人类基因,以治疗或消除一些遗传类疾病,如失明和亨廷顿病。

    但盖茨指出,同样的基因编辑工具在抗击疟疾方面可能会取得巨大进展,这也是盖茨基金会多年以来一直试图消灭的一种疾病。据统计,蚊子传播的疾病每年可导致大约45万人死亡和亿万人感染。

    在世界上3500种蚊子中,其中约40种蚊子的雌虫能够传播疟疾。研究人员认为他们可以应用CRISPR技术,从根本上改变这些物种中某些成员的DNA,从而在群体中传播一种会使其不育或只能产生雄性后代的基因。

    这种将基因变异向其他物种传播而达到基因改变的方法也被称为基因驱动,盖茨说,这一过程可能会消灭或大幅度减少按蚊的数量。

    但是通过一个物种传播这种致命的基因并不容易。在2016年访问盖茨基金会的医学昆虫学家和高级项目官员Dan Strickman时,他说,这些基因可能以某种方式转移到另一物种,这将是一个严重的问题。

    但到目前为止,测试显示基因驱动可以在实验室环境中安全地进行。 在2016年的一份报告中(由盖茨基金会共同资助),美国国家科学院,工程学院和医学院联合批准了对基因驱动的持续研究。

    简单便捷的进行DNA编辑修饰是一个非常强大且仍需认真研究的工具,它可以为人类创造一个更好的世界。正如盖茨写道:“放弃这个机会将是一场悲剧。”

  • 原文来源:http://news.bioon.com/article/6720870.html
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    • 根据今年11月发布的最新《世界疟疾报告》,2017年,约有2.19亿例病人,比前一年增加0.02亿例。大约70%的疟疾病例和死亡病例集中在11个非洲国家和印度。 联合国生物多样性公约(CBD)会议11月29日否决了“暂时禁止释放携带基因驱动生物体”的提议,这一决定为部分生物的基因驱动实验开了绿灯,包括在非洲开展的非盈利项目“目标疟疾”。 这个项目想要通过改造蚊子的基因来对抗疟疾,实验分为多个阶段,近期计划先在布基纳法索释放10000只转基因蚊子,观察转基因蚊子在现实中的生存状况。 该项目得到了比尔·盖茨夫妇的资金支持,让人们对消灭疟疾重燃希望,但是新技术带来的风险也备受争议。 通过人工剪辑生物基因片段改变遗传偏向 近年来,“基因驱动”成为生物学界的热门研究领域之一,其实这方面的探索已经持续了半个世纪。国际科学期刊《自然》介绍,基因驱动就是通过人工剪辑生物的基因片段,使特定基因在这一物种种群中有偏向性地遗传给下一代。比如对蚊子的部分基因进行修改,使其只产生雄性后代,这种蚊子就会慢慢失去繁衍能力。目前研究主要面向传播疾病或损害农作物的昆虫。 浙江大学昆虫科学研究所教授黄佳表示,基因驱动就是让某个遗传元件在一种群中进行扩散。“形象一点说,虽然并不准确,这一过程就像病毒感染,它会在群体中持续传播。基因驱动研究这么多年,现在为什么突然达到实用化的程度,主要是因为CRISPR-Cas9基因编辑技术的发现和成熟化,使基因驱动变得更加简单可行。我认为这门技术的门槛并不高,很有希望被用来控制蚊子在内的媒介昆虫。” 使按蚊只繁衍雄性以减少数量对抗疟疾 疟疾大多通过雌性按蚊叮咬传播。现在所知的共有400多种按蚊,其中约有30种是较严重的疟疾病媒。 今年9月,英国《自然·生物技术》杂志发表的一项最新研究显示,一种新的“基因驱动”机制可以导致携带疟疾的笼养蚊子种群完全崩溃。负责该研究的生物学家奥斯汀·伯特和安德烈亚·克里桑蒂正在带领科学团队在几个非洲国家开展“目标疟疾”(Target Malaria)项目,他们希望通过基因驱动来控制传播疟疾的蚊子的数量,以此降低疟疾的发病率。 “目标疟疾”在布基纳法索的团队首席研究员阿卜杜拉·迪亚巴特(Abdoulaye Diabate)接受新京报记者采访时说,实验将分为多个阶段,近期团队将先在布基纳法索的一个村庄释放约10000只转基因雄性蚊子,这些蚊子无法繁殖后代,它们并不利用“基因驱动”机制,不会对昆虫种群产生持久影响,也不会叮咬人类。研究人员将通过监控这些蚊子,获得转基因蚊子的更多信息,以观察转基因蚊子在自然界的生存状态,如与普通蚊子相比,转基因蚊子在繁殖等方面会不会出现什么状况。 这项实验今年8月已经获得了布基纳法索政府的批准。而“目标疟疾”的最终目标是,对传播疟疾的按蚊进行“育性基因”修改,它们繁衍的后代将几乎为雄性。然后让这种特定基因高比例地遗传给后代,大幅减少按蚊数量。布基纳法索团队主要将针对非洲危害较大的传疟媒介冈比亚按蚊进行实验,计划在2029年实现。 释疑1 某种蚊子灭绝对生态有什么影响? 是否造成影响还没有定论 对于利用基因驱动灭蚊的想法,一些科学家担忧消灭或者大规模地抑制整个物种可能会给环境带来不可预测的影响,即使是消灭危害人类健康的按蚊。而“目标疟疾”的实验就有可能让冈比亚按蚊走向灭绝。 《麻省理工科技评论》杂志就“目标疟疾”的实验发出质疑,“哪个国家、机构或个人有权力去改变影响全世界的自然法则?”据今日美国网站,美国伊利诺伊州立大学的蚊子生态学研究员史蒂文·尤利亚诺对于消灭冈比亚按蚊以消除疟疾的想法说:“失去一个物种可能是值得的,因为人类为此遭受的痛苦太过沉重。” 对于冈比亚按蚊灭绝是否会对生态系统造成影响,黄佳接受新京报采访时说,“我个人觉得不会。世界上蚊子有几千种,冈比亚按蚊和另几种按蚊灭绝了,和它同一‘生态位’的蚊子还有很多,所以不会有太大影响。” “目标疟疾”的首席研究员迪亚巴特向新京报记者解释称,他们项目的目标不是消灭某种蚊子,而是控制它们的数量,最终消灭疟疾。 释疑2 基因驱动生物实验有什么风险? 可能被用作制造生物武器;蚊虫对基因驱动也可能产生抗性 “目标疟疾”的基因驱动生物实验距离真正落实还有很长一段时间,但是这个项目还是引发了很多争议。国际技术监管机构ETC集团联合执行董事吉姆·托马斯接受《华盛顿邮报》采访时表示,担心有人在昆虫中使用基因驱动技术来传播有毒物质。 黄佳对新京报记者说,基因驱动技术目前存在很多问题和隐忧,特别在使用安全上,因为这个技术可以被用作制造生物武器,一旦被不怀好意的人或者恐怖分子掌握,危险性非常大。所以科研人员需要制造刹车元件能够阻断基因驱动的发生,甚至是逆转。因此得等到可以制约基因驱动的手段出现,才能大范围或者说更加安全地使用这项技术。另外一个担忧在于,蚊虫会对药剂产生抗药性,它们同样也会对基因驱动产生抗性,实际上也是一种进化,我们也必须想办法应对这种抗性。 释疑3 有更好的办法对抗疟疾吗? 英国葛兰素史克公司研制出了世界上首个疟疾疫苗 世卫组织说,疟疾仍是“重大公共健康安全威胁”。现在基因驱动技术的安全性还无法得到保证,除此之外没有其他对抗疟疾的更好方式了吗? 除药物治疗,世卫组织建议采取多种方法预防感染疟疾,包括在室内喷洒防虫剂、使用喷有防蚊虫剂的蚊帐。在许多情况下行之有效。病媒控制在很大程度上依赖于拟除虫菊酯的使用,但是近年,在撒哈拉以南非洲国家和印度流行疟疾地区,普遍报告发生了杀虫剂耐药性现象。 另外,疟疾疫苗也是全球科学家持续研究的目标。据《自然》杂志,英国葛兰素史克公司研制出了世界上首个疟疾疫苗——RTS,S疫苗,将在加纳、肯尼亚和马拉维首次投入应用,5至17岁人群将接受接种,世卫组织将对疫苗的有效性、安全性能指标做出评估。 本版采写/新京报记者 陈沁涵 来源:新京报
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    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:hujm
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    • 10月7日,2020年诺贝尔化学奖花落两位基因编辑技术CRISPR/Cas9的发明者:埃曼纽尔·卡彭蒂耶(Emmanuelle Charpentier)和詹妮弗·杜德纳(Jennifer Doudna),获奖理由是“开发了一种基因编辑技术”。两人将获得1000万瑞典克朗奖金(约合760万人民币)。 组委会在新闻稿中将CRISPR/Cas9称作“基因技术中最锐利的工具之一”,利用这些技术,研究人员可以非常精确地改变动植物和微生物的DNA。这项技术对生命科学产生了革命性的影响,正在为新的癌症疗法做出贡献,并可能使治愈遗传疾病的梦想成真。 这是诺贝尔化学奖首次同时授予2名女性科学家。 CRISPR-Cas9是一种基因编辑工具,其中Cas9酶就像一对能够切割DNA链的分子剪刀。一旦酶在特定位点切割DNA,就可以进行插入和编辑,从而改变DNA序列。 CRISPR的全称是“clustered, regularly interspaced, short palindromic repeats”(即成簇、规律间隔的短回文重复序列)的缩写。利用这种序列,细菌可以对侵袭过它的病毒产生“记忆”。自从日本科学家20世纪80年代末发现CRISPR之后,科学家就一直在研究这种奇怪的基因序列。然而,直到杜德纳和卡彭蒂耶偶然注意到一种名叫Cas9的蛋白,CRISPR才显示出它作为基因组编辑工具的巨大潜力。 诺贝尔化学委员会主席Claes Gustafsson说,“这种基因工具有着强大的力量,影响着我们所有人。它不仅使基础科学发生革命性变化,而且产生了新的作物,并将带来开创性的新疗法。” 1968年,卡彭蒂耶出生于法国。她于1995年获法国巴斯德研究所博士学位。现任德国马克斯普朗克病原体科学研究所主任。 1964年,杜德纳生于美国华盛顿。1989年,杜德纳获美国波士顿哈佛医学院博士学位。现为美国加州大学伯克利分校教授,霍华德·休斯医学研究所研究员。 基因剪刀:改写生命密码的工具 1953年,J.D.Watson和F.H.C.Crick提出了DNA的分子结构。此后,科学家们开始努力开发能够操纵细胞和有机体遗传物质的技术。随着CRISPR-Cas9的发展,科学家如今能够在细胞和生物体内修改DNA序列。这项技术在基础科学、生物技术等领域得到了广泛的应用。 作为一项具有惊人潜力的基因编辑技术,CRISPR-Cas9的发现是一个意外。诺贝尔奖组委会介绍,当卡彭蒂耶和杜德纳开始研究链球菌的免疫系统时,他们认为自己可以开发出一种新的抗生素。意外的是,他们发现了一种新的分子工具,它可以用来在遗传物质上精确切割,使改变生命密码成为可能。 2011年,杜德纳开始与卡彭蒂耶合作发展CRISPR技术。一年后,两人在《科学》杂志发表论文,首次分析了CRISPR基因编辑系统在试管中精确切割DNA的可行性。他们简化了基因剪刀的分子组成,使这项技术更易于使用。 此后,CRISPR技术被不断推广。植物科学家用它开发出能够抵御霉菌、害虫和干旱的作物。医学领域,新癌症疗法的临床试验正在进行。当前,科学家正在开展临床试验,研究是否可以使用CRISPR/Cas9治疗镰状细胞贫血和β地中海贫血等血液疾病,以及遗传性眼病。 需要注意的是,这项强大的基因编辑技术有可能被滥用。多年来,多国法律管控着基因工程的应用,其中包括禁止以遗传改变的方式修改人类基因组,涉及人类和动物的实验在开始之前必须经过伦理委员会的审查和批准。世界卫生组织近期成立了一个全球多学科专家小组,专注于审查与人类基因组编辑有关的科学、伦理、社会和法律挑战,目的是为人类基因编辑制定一个全球治理框架。 专利与商业化 除卡彭蒂耶和杜德纳外,还有几位科学家也被认为是CRISPR技术发展过程中的重要贡献者,例如麻省理工学院博德研究所的张峰教授、哈佛大学医学院的乔治·丘奇(George Church)、立陶宛维尔纽斯大学的生物化学家Virginijus Siksnys以及CRISPR基因编辑技术的发掘者和命名者、西班牙微生物学教授弗朗西斯·莫西卡。 1993年,莫西卡在研究一种生存在盐碱环境的细菌时意外发现了其DNA的独特重复结构,一种能够抵抗病毒DNA侵入的免疫系统。后来,他陆续在20种细菌的DNA里面发现,通过这种系统细菌可以记忆入侵过的病毒,当该病毒再次入侵时,该系统会识别并切割病毒核酸。莫西卡把它命名为CRISPR,即群聚且有规律间隔的短回文重复序列。 2012年,杜德纳与卡彭蒂耶在《科学》杂志上率先报道CRISPR能在试管中精确切割DNA。随后,博德研究所张峰领导的科研团队在2013年2月的《科学》杂志刊文称,他们将这一方法用在了真核细胞上——包括利用小鼠和人类细胞进行了试验。 科学家们很快意识到CRISPR的巨大潜力,开启商业化的道路,闻名学术界的“基因魔剪”专利之争也随之展开。 2012年5月,杜德纳所在的加州大学伯克利分校向美国专利和商标局提交了与CRISPR相关的专利申请,同年12月,张峰所在的博德研究所也提交了有关CRISPR基因编辑技术的专利申请。杜德纳团队在全球首次报道可运用CRISPR-Cas9系统在体外进行DNA片段的切割,但无详尽的细胞实验进行验证;而张锋团队则是全球首次将CRISPR基因编辑技术在真核细胞中得以实现。 2018年9月10日,历经5年的“专利权争夺大战”尘埃落定,美国联邦巡回上诉法院(CAFC)宣布将CRISPR基因编辑专利权授予给麻省理工学院张锋教授团队。 2013年,杜德纳与张锋、丘奇等人共同成立医药公司Editas Medicine。这家公司获得了4300万美元的风险投资,用于开发基于CRISPR的药物,早期主要关注眼部疾病的治疗。2018年,Editas Medicine得到了美国食品药品监督管理局批准的基因编辑临床试验许可。2016年,Editas Medicine在纳斯达克上市。 不过,在张锋取得CRISPR-Cas9的专利后,杜德纳便离开了Editas Medicine。目前,该公司的科学创始人为张锋、乔治·丘奇、J. Keith Joung和大卫·刘。 除Editas Medicine外,另外两家初创生物技术公司CRISPR Therapeutics和Intellia Therapeutics也看好CRISPR技术的商业化,专注于开发镰刀型贫血症药物和癌症疗法等。