【科技.未來】或成大規模殺傷武器 基因編輯可有解藥?

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「基因剪刀」CRISPR-Cas9自2012年發表而來,迅即被視為基因編輯神器。鹼基編輯(base editing)後,上月底美國博勞德研究所(Broad Institute)的生物化學家劉如謙及其團隊就宣布,研發出稱為「優質編輯」(prime editing)的改良版,比現有更安全、準確和高效,欲真正發揮「尋找與取代」DNA功能。

然而,當基因編輯工具不斷有新的改良版本,研發想像到的應用情況愈來愈多,正如美國國防高等研究計劃署(DARPA)項目經理Renee Wegrzyn在2017年一場演講所說:「我們正在推這科技到全世界,卻沒有附上應有的安全措施。」

承接上文︰【科技.未來】基因編輯新工具 真正做到「尋找與取代」?

不論是善意還是惡意使用,美國桑迪亞國家實驗室(Sandia National Laboratories)生化學家Joe Schoeniger相信,將來會有「一定的CRISPR意外曝露風險」。她說,隨着一個大型工業圍繞編輯工具崛起,CRISPR將會被應用到基因治療、注射、藥膏、食物等,大大提高實驗室意外的可能性:「隨着使用的分量愈來愈多,大家接觸到、被注射或噴灑到的機會也愈來愈大。萬一我眼睛噴進了突變原(mutagen),能夠制止就最好不過。」她認為,研發解藥或許會有幫助:「從心理角度而言,有個『關掉』掣是好事,也有助把這科技在社會落實。」

美國國防高等研究計劃署(DARPA)項目經理Renee Wegrzyn警告,現時基因編輯解藥欠奉。(The Long Now Foundation Flickr圖片)

DARPA察覺到,基因編輯的一大問題在於缺乏容易使用的CRISPR反措施、「復原鍵」或解藥,隨着基因編輯愈來愈強大,愈來愈需要復原工具,以防萬一。2016年2月,時任美國國家情報總監James Clapper稱基因編輯為潛在大規模殺傷武器。同年9月,DARPA展開Safe Genes計劃,提供6,500萬美元經費,徵集可控制或逆轉基因編輯效果的技術。俄羅斯總統普京在2017年一個青年活動上亦說,以基因工程製造沒有痛楚或畏懼的士兵,「比原子彈更加可怕」。所以杜德納(Jennifer Doudna)的團隊在2017年得到DARPA其中一份合同,和其他科學家開始研發工具對抗包括CRISPR在內的「生化武器」,以預防療法或藥丸之類阻止基因編輯。

一些科學家似乎早已找到阻止CRISRP的提示—遠古細菌與一種會感染它們的病毒「噬菌體」(phage)搏鬥時,噬菌體發展出對抗CRISPR的手段,它們隨着演化能產生出一些細小蛋白,令基因編輯工具失效,科學家稱之為「抗CRISPR」。最先的抗CRISPR在2013年由加拿大多倫多大學的學生Joseph Bondy-Denomy發現。「我們發現某些噬菌體似乎可抵抗CRISPR。當我們把那噬菌體放到一個細胞,細胞無法保護自己。」現為加州大學三藩市分校(UCSF)教授的Bondy-Denomy說。他很快就聚焦於那病毒的約50個基因,認為其中之一正是原因所在:「可能就是這關掉了CRISPR。」至今已有逾40個抗CRISPR蛋白被發現,主要來自杜德納的實驗室。

生物學者杜德納(Jennifer Doudna)正積極「善後」,為她研發的CRISPR-Cas9尋找應對方法。(Getty Images)

也有些團隊在尋找可抑制CRISPR的常見化學物質,並有初步成果。今年5月初,同樣接受DARPA資助的哈佛醫學院副教授Amit Choudhary宣布,發現兩種藥物在混和人類細胞時可防止基因編輯。研究者如Bondy-Denomy相信,抗CRISPR可令他們更準確控制基因編輯技術,有助改善未來相關方面的治療。例如去年12月一群德國科學家發表的研究就發現,若把CRISPR和抗CRISPR結合,可造出一種只會改變肝細胞的編輯器,對神經元、肌肉等無效。

作為杜德納那DAPRA項目的一部份,各支科學家團隊計劃在今年以老鼠展開首次試驗,一探是否有可能保護牠們抵抗CRISPR。有份參與的Schoeniger說,她的實驗室將會指引老鼠自行編輯,但會給予牠們少許抗CRISPR分子:「抗CRISPR在大自然很有效果,我們正嘗試在動物身上也是否有效。」

雌性瘧蚊是傳播瘧疾媒界,基因驅動技術可利用此特性,以改變其性別比例或整體數量來控制疾情。圖為其中一種傳播瘧疾的甘比亞瘧蚊(Anopheles Gambiae;Wikimedia Commons圖片)

另一方面,科學家正研究可否以抗CRISPR來對抗基因驅動(gene drive)。那是一種獲得蓋茨基金會(Bill & Melinda Gates Foundation)支持的基因編輯工具研發,在野外蚊子中散播,導致牠們數量銳減,藉此控制瘧疾傳播。也有些科學家想透過基因驅動,以不使用毒藥的方式控制老鼠數量。

但為免這些實驗失控引致生物絕種,科學家認為可以在生物基因加入抗CRISPR來「免疫」。作為概念驗證,堪薩斯州立大學(KSU)的學者去年7月發表報告,嘗試把抗CRISPR加到酵素來對抗一種基因驅動。「若某個朝鮮實驗室用基因驅動把你的經濟農作物掃清,你就可以有一個轉基因(transgenic)的作物來應對。」Sontheimer說。

基因驅動妙用遺傳法則,可迅速及大量控制後代特徵。(香港01製圖)

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上文節錄自第187期《香港01》周報(2019年11月4日)《更準確VS更危險 新版基因編輯問世 人類面對道德抉擇》。

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