科學上的重大突破!學者讓胚胎擺脫遺傳性疾病基因

by:泥仔
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近日,一群科學家成功修正了胚胎內會導致遺傳性疾病的基因,如果此項技術純熟,未來科學家就有可能阻止父母把遺傳性疾病傳給下一代,然而,這也帶來「修正基因」到底可不可行的爭論。

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最近一份研究在修正胚胎基因的工程上,有了突破性的進展。圖為 8周大的胚胎模樣(與此次實驗無關)。

Photo: Embryo

在基因工程上  首次獲得廣泛成果

一份發表在期刊《自然》的研究指出,他們成功透過基因編輯系統CRISPR/Cas9修正了人類胚胎內有缺陷的基因,有效阻止了遺傳性疾病繼續傳給下一代,而且該工程的成功率高達 72%,這是科學家在美國第一次有如此成功且廣泛的成果。

用基因的編輯軟體來作業

簡單來說,CRISPR/Cas9系統可以任意剪下、複製、貼上動物體的基因,自從它被科學家發現後,CRISPR/Cas9就被科學家廣泛用來處理、編輯各式各樣的基因。

應用在常見的遺傳性心臟疾病

這份研究由俄勒岡健康與科學大學(Oregon Health & Science University)的美國、南韓科學家共同進行,他們決定要試著用CRISPR/Cas9來修正遺傳性心臟疾病肥厚性心肌症(Hypertrophic cardiomyopathy, HCM)的基因。這個疾病每 500人就有 1人會受到影響,甚至會導致猝死,雖然醫學上已經有辦法治療肥厚性心肌症,卻無法完全治癒它。

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實驗分成了兩部分測試,在上圖,研究團隊在樣本受精、複製完DNA後才注入CRISPR/Cas9,結果會產生好壞基因摻雜的鑲嵌式胚胎。後來他們選擇在注入精子時一併注射CRISPR/Cas9(下圖),就大幅提升了創造健康胚胎的成功率。

Photo: H. Ma et al/Nature 2017

在形成胚胎前就會處理掉有問題基因

研究團隊以帶有會造成肥厚性心肌症的變異基因MYBPC3的精子為實驗樣本,並和健康的卵子受精,在受精的同時,他們會注入基因編輯系統CRISPR/Cas9,在過程中,研究團隊發現CRISPR/Cas9會在DNA複製、產生胚胎前就把變異基因MYBPC3修正掉,進而創造出一個健康的胚胎,而且在 58個實驗胚胎中,有 42個都成功了。

成功率比預期還高

高達 72%的成功率,遠比過去科學家預估不到 30%的細胞可被修復還高得多。

雙親中有一人得有健康基因

此外,研究團隊本來為胚胎準備了一段健康的DNA樣本,期待CRISPR/Cas9可以直接複製健康的DNA來創造健康的胚胎,結果他們發現,CRISPR/Cas9會直接複製卵子內健康的基因來修復變異基因,不過這也意味著雙親中有一方一定得擁有健康的DNA。

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一名攝影師展示了他的DNA序列。目前許多國家還是禁止進行基因編輯。

Photo: Micah Baldwin

基因編輯工程風險多  各國多禁止

關於基因編輯的工程伴隨了許多不確定性,像是它只會修復一部分有害的突變細胞,沒辦法有效率地修復所有細胞;或是修復到錯誤基因,進而生成錯誤DNA的脫靶效應(Off-target effect);造成讓正常和不正常的細胞混合在一起的鑲嵌式胚胎(也稱馬賽克效應, Mosaic effect)。有鑑於任何一點基因調整都有可能影響孩子甚至是未來世代,許多國家都立法禁止透過修正胚胎的基因來創造嬰孩。

只要安全就沒問題?

不過這次成功的 42個胚胎都沒有出現上面提到的問題,因此俄勒岡健康與科學大學研究的共同作者阿瑪托(Paula Amato)樂觀地表示,只要這項工程被證明是安全的,那麼就有可能被廣泛使用。

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基於道德上的考量,「設計嬰兒」目前也是被禁止進行的技術。

Photo: Milan Nykodym

道德上也有爭議

沒有參與研究,麻省理工學院癌症中心的海因斯(Richard Hynes)教授則認定這份研究帶來了突破性的貢獻,因為這項研究意味著基因編輯工程可以更安全地被執行。不過海因斯指出,一旦技術上的障礙被克服後,接下來就是關於社會道德議題上的討論了。

應該發展設計嬰兒嗎?

因為基因編輯工程將有潛力發展成讓父母、醫生藉由篩選基因來創造具有某種特質的「設計嬰兒」(Designer baby),藉此來提升人類潛能,這是許多人不斷在爭論該不該發展的技術。

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畫面中分別是注入CRISPR/Cas9的受精卵複製DNA、形成胚胎的過程。

Photo: H. Ma et al/Nature 2017

強調是修正  不是編輯 

對此,研究團隊強調他們並沒有打算增加新基因或是改變基因特性,強調他們只是「修正」了帶有疾病的基因。

「我們在報告中使用了『修正』(correction)這個詞。我不喜歡用『編輯』(edit),因為我們並沒有編輯或調整任何東西。我們唯一做的,就是利用母親那邊的基因來修正變異基因。」

目前沒辦法用在臨床實驗

基於法規上的限制,這份研究現在仍然沒辦法應用在臨床實驗上,該研究團隊接下來也會努力讓成功率從 72%上升到 90%。他們也相信,這種修正工程將能適用在像是囊狀纖維化、特定種類的乳癌、家族性阿茲海默症等單一基因變異的遺傳性疾病。

上線時間:2017/8/3
增修時間:2017/8/4  修正用字


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參考資料:
01 Breaking: First US gene-edited human embryo received healthy replacement DNA copy
02 In Breakthrough, Scientists Edit a Dangerous Mutation From Genes in Human Embryos
03 Gene editing of human embryos gets rid of a mutation that causes heart failure
04 Deadly gene mutations removed from human embryos in landmark study

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