【科技.未來】黑客編輯肌肉基因 基因編輯有幾神奇?

撰文:
最後更新日期:

過去半年,科學界透過基因編輯技術,預防或治療遺傳疾病方面有可人成果,不但成功修正先天性心臟病和皮膚病的基因,更陸續推出適用於某些白血病、淋巴瘤、失明等基因治療產品。

前美國太空總署(NASA)生物化學研究員及生物黑客(biohacker)Josiah Zayner更因嘗試編輯自己左手肌肉的基因,宣稱不再是基因的奴隸,而受到傳媒熱烈追訪。

基因編輯技術發展迅速,長遠來說或令人類擺脫遺傳病的困擾,但以技術現時水平,人類選擇自己的基因是否言之過早?

去年10月三藩市一場生物科技會議演講上,Zayner在約二三十名觀眾面前網上直播,以針筒注射基因編輯工具至左前臂,意圖編輯一種肌肉生長抑素基因,聲言或會使其左手肌肉發大。

他使用的正是現時主流的基因編輯技術CRISPR/Cas9。CRISPR全稱為「群聚且有規律間隔的短回文重複序列」(Clustered,Regularly nterspaced,Short Palindromic Repeats)。說是序列,皆因基因排序就像兒時穿珠仔,如固定每五粒圓形之間就有一粒其他形狀的隔開,可以是三角形、菱形等,沒有固定。

這種遺傳序列結構早於1980年代末由日本科學團隊在大腸桿菌中發現,後來更科學家在其他細菌也發現類似結構,並發現是細菌的防禦機制。序列中的間隔NA(spacer DNA),即隔開圓形珠仔的其他形狀,其實是病毒的DNA。每當病毒入侵細菌時,會將其DNA注入細菌。若細菌的CRISPR序列上有與該病毒DNA相同的間隔DNA,細菌會轉錄出一種對應的蛋白以消滅病毒的DNA。若沒有相同的間隔DNA,細菌就會製造另一種蛋白將病毒的DNA剪斷,若細菌倖存,就會將它複製到CRISPR序列上,以防禦類似侵襲。

基因編輯工具CRISPR/Cas9如何運作

便宜精準 CRISPR成大勢所趨

2012 年,微生物學者杜德納(Jennifer Doudna)和夏本惕爾(Emmanuelle Charpentier)成功發現,可將嚮導RNA(guide RNA, gRNA)結合Cas9蛋白為CRISPR/Cas9,以用作切割和編輯DNA。顧名思義,嚮導DNA用作帶路,引領有如剪刀的Cas9蛋白到正確目標處剪開DNA,然後透過兩種修復方法改變或編輯基因。其一是利用細胞自身的修復機制,任由細胞自行把斷開部分重新接上,修復過程中或有加插或缺失,導致該段基因失效,Zayner的試驗正是想運用此原理。另一方法是預先準備一段用作替換的DNA,在細胞修復被剪開的DNA時就可以加插其中,替代原有突變的DNA,達修復之效。

中文大學生命科學院生物化學課程主任邵鵬柱教授指出,很多遺傳病是源於體內酵素不足或過量。常見的做法是從身體抽取細胞,例如白血細胞出問題,就可以抽取骨髓幹細胞,在實驗室中將基因由壞的改成好的,改到成功為止才重新注入體內以產生好的白血球,從而得到治療。

CRISPR/Cas9比過往基因編輯工具來得精準、方便,甫推出就震撼科學界。邵鵬柱指該技術的效率在老鼠胚胎、斑馬魚、植物等已達大約七成至八成,其他技術頂多只有五成。而且,ZFN和TALEN等其他基因編輯技術每次需要製造整個酵素,CRISPR/Cas9則只需要合成其RNA序列,使用上更靈活之餘,成本也大為降低。

「現時合成一條RNA好便宜,我想一、兩千港元都有一條,而且製作只需大約一個星期。但其他方法要改造成個酵素,工程就好大,牽涉好多時間、改造技巧等等,而且改完或者會失去了活性,改造成功起碼都要兩、三個月,還要計人力物力。」邵鵬柱粗略估計,「你請個人起碼都兩萬港元一個月,當你做半年,都十幾萬,實驗室設備又五、六萬港元,總共我估最少20萬。所以為什麼CRISPR/Cas9這麼受歡迎,甚至可說有壓倒性優勢。」

基因編輯有多容易?你仍然需要專業的實驗室,否則做不出什麼有意義的成果,不要聽人家亂說以為在廚房就做到。所以它是否便宜?如果你在實驗室從事基礎研究的話,它就便宜。
紐約社區生物實驗室Genspace創辦人Ellen Jorgensen

專家提醒不要過度吹捧

正當新的基因編輯技術為人類帶來無限想像之際,紐約社區生物實驗室Genspace創辦人Ellen Jorgensen在2016年的TED Talk, 卻提醒大眾不要過分吹捧:「有多容易?你仍然需要專業的實驗室,否則做不出什麼有意義的成果,不要聽人家亂說以為在廚房就做到。所以它是否便宜?如果你在實驗室從事基礎研究的話,它就便宜。」

而且,現時科學界對基因技術仍有大量不解之謎:「魔鬼藏在細節裏,我們其實不了解細胞,他們就像黑盒,例如我們不懂為什麼有些嚮導RNA有用而有些沒有、為什麼有些細胞用第一種修復,有些卻喜歡用第二種。此外,在培養皿裏做(基因編輯)一點都不困難,但要放進一個有機體,想要直接進入人體,就可能要透過病毒把CRISPR放進去,讓病毒感染細胞。但病毒留在體內,說不定長期會有什麼影響。何況,CRISPR也未必百發百中,誤靶(off-target)機率雖然小但不是零。這些不是小問題。」

紐約社區生物實驗室Genspace創辦人Ellen Jorgensen提醒,基因編輯技術存在未知之數,科學界對基因所知仍甚為有限。(圖片來源:Ted Talk)

Zayner的試驗是噱頭居多,去年12月他接受英國《衛報》(Guardian)訪問時被問及打了針的手臂如何,他聲稱在動物做過相同實驗,要四至六個月才能看到成果,但僅預期有部分細胞的DNA會有改變,而對於手臂實際上會轉變多少,他也抱有懷疑。不過,實驗後他於網誌強調,不論試驗成果如何,重點不在展示相關技術,而是「象徵人類已經來到時代的轉捩點,不再是自己基因的奴隸」。

人類已經來到時代的轉捩點,不再是自己基因的奴隸。
前美國太空總署生物化學研究員及生物黑客Josiah Zayner

我們是否來到Zayner所講的時代?至少從現有技術水平而言,邵鵬柱不盡同意:「一些病,例如囊腫性纖維化、蠶豆症等,是單一基因病變,就比較容易改造,但如果是多基因影響的疾病,甚至成條染色體有損毀的,例如唐氏綜合症,則暫時似乎未到這個階段。技術未達到隨心所欲,尤其是改變一個人的特性並非只改變一個基因,人的特性是多基因組成。」

再者,雖說新技術降低了成本,但邵鵬柱補充,這類基因治療產品現時極為昂貴。例如美國食品藥物管理局(FDA)去年8月批准的白血病基因療法就定價47.5萬美元。「若要好嚴謹去做測試、經過好多醫療臨床試驗也是要好高成本。一般藥廠做隻藥都差不多100次失敗才有一、兩次成功,成本計算失敗例子在內的話自然好高。」

技術層面以外,是次基因編輯實驗背後牽涉倫理也備受爭議,詳見另文【科技.未來】如果可以,人類應否改變自己基因?

本文節錄自1月22日出版第96期《香港01》周報B10至B11版,原題為《如果基因可以選擇》。

更多周報文章︰【01周報專頁】

1月22日出版第96期《香港01》周報,各大書報攤及便利店有售,敬請讀者留意。你亦可按此訂閱周報,閱讀更多深度報道。



X
請使用下列任何一種瀏覽器瀏覽以達至最佳的用戶體驗:Google Chrome、Mozilla Firefox、Internet Explorer、Microsoft Edge 或Safari。為避免使用網頁時發生問題,請確保你的網頁瀏覽器已更新至最新版本。