“基因革命的浪潮从读取信息,所谓的基因测序,走到了编写基因信息的时代,”2日在接受新华社记者采访时,在美国哈佛大学从事基因组研究的青年科学家杨璐菡评价说。
2日,杨璐菡与她在哈佛的导师乔治·丘奇教授以及其他23名科学家在国际顶级学术期刊、美国《科学》杂志上发文,宣布将筹集1亿美元,启动人类基因组计划的“非官方”后续项目——人类基因组编写计划。
由30亿个碱基对组成的人类基因组被誉为蕴涵人类生命奥秘的“天书”。经过美、英、日、法、德和中国科学家13年的努力,旨在绘制人类基因组序列图的人类基因组计划于2003年正式完成。
“但基因信息的获得,不等于我们解开了生命的密码,”杨璐菡说,“人类基因组有30亿个碱基对,每个人之间有3000万个碱基对的差别。这些差别怎么让我们在外形、性格、体质以及生老病死上有不同,我们了解甚少。”
杨璐菡本科毕业于北京大学,曾于2014年被美国《福布斯》杂志评为30岁以下30个科学及医疗领域领军人物之一。她说,如果把生命比喻成一个黑匣子,人类基因组计划打开了这个黑匣子,发现里面是我们不明白的海量信息和算法。人类基因组编写计划“给了我们另外一个渠道来了解生命,我们可以改变输入,观察输出,来找到生命的规律”。
在美国科学院及工程学院双料院士丘奇教授的指导下,杨璐菡和同事第一个利用基因编辑技术CRISPR技术修改细胞基因组,她还和丘奇创立了一家叫eGenesis的生物技术公司,致力于推动异种器官移植临床应用。
杨璐菡说,CRISPR技术第一次让科研人员有机会相对容易地编辑人类基因组,在过去3年中,这个技术改变了科学家修改基因的方式和速度;与此同时,随着DNA(脱氧核糖核酸)序列合成成本的急剧下降,如今人工合成一个碱基对只需要3美分。
“新技术的产生和原有基因信息的积累,让我们决定开启人类基因组编写计划,致力于更好地了解人类基因组以治疗疾病,并通过这个平台推动基因编辑和合成技术的发展,”她说,“我们的终极目标是合成人类基因组30亿个碱基对,而近期目标是合成1%的人类基因组,相当于3000万个碱基对。”
《科学》杂志文章列出了人类基因组编写计划的6个先导项目,其中杨璐菡和丘奇倡导的异种器官移植是其中之一。2015年,他们曾利用CRISPR技术敲除了猪基因组中62个可能有害的基因,扫清猪器官用于人体移植的一大难关。
杨璐菡指出,由于缺少可供移植的捐赠器官,大多数器官衰竭病人都在漫长的等待中结束了生命,所以他们将“大规模编辑猪的基因组,让它的免疫系统人源化,把猪作为一个载体,给千千万万需要器官移植的病人提供安全的器官供体”。
今年5月,130多名科学家、律师与企业家在哈佛大学召开会议,探讨启动人类基因组编写计划。但由于此次会议闭门举行,不对整个科学界与媒体开放,引发批评。杨璐菡作为最年轻的科学家,在这次“秘密”会议上做了基因编辑工作前沿研究报告,以及eGenesis对于大规模基因组编辑的计划和前景展望。
“我们(在会上)对于生物伦理问题进行了激烈的讨论,”她透露道,“当我们在讨论编辑人类基因组,让细胞对癌症免疫、病毒免疫的时候,我们不可避免地会问,那我们的终极目标是修改人类吗?但在我看来,异种器官移植帮我们开了一道后门,做异种器官研究不需要担心这些伦理问题。”
现在,杨璐菡正利用团队用基因编辑手段重新编写猪的基因组,致力于攻克第二个难关,让猪的器官和人体免疫系统兼容。将来实现这个目标后,下一步他们将用基因编辑工具生产出对癌症免疫、对病毒免疫的猪器官。
“我们希望通过异种器官移植这个平台,一方面大胆推进基因编辑领域的技术进步;另一方面能救死扶伤,做出对人类有意义的事情,”这名30岁的年轻姑娘说道。
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人类基因组编写计划在争议声中“呱呱坠地”
据《纽约时报》报道,今年5月10日,大约150名科学家、律师和企业家参与了一场秘密会议,探讨人工合成人类基因组的可能性——用化学手段重新创造生物代代相传的基因原料。一石激起千层浪,消息传出就引发各界广泛争议,很多科学家对该做法可能会引发的伦理问题表示了担忧。
但这些争论和担忧并没有阻挡科学家的决心,他们在2日出版的美国《科学》杂志上正式公布了“人类基因组编写计划(HGP-write)”:十年之内耗资数十亿美元从头开始合成出人类基因组。
英国《自然》杂志官网在6月3日的报道中表示,尽管这一项目的初衷是降低合成DNA成本,但科学界支持与反对者仍各执一端。
支持者拍手叫好
该项目被描述为人类基因组计划的“非官方”延续。人类基因组计划囊括全球数千名科学家,历时13年,最终于2003年4月13日首次公布了人类的完整基因组信息。研究人员表示,人类基因组计划“读”出了人类的遗传物质,现在他们要进一步把它们“写”出来:从头开始合成人类基因组的全部约30亿个碱基对。
对一些人来说,这是一项大胆而雄心勃勃的计划,值得赞扬。目前,仅有小细菌基因组和面包酵母部分基因组被从头合成。2014年,由纽约大学合成生物学家杰夫·博伊科领导的团队报告称,他们历时7年,成功合成了第一条拥有约27万个碱基对并能正常工作的酵母染色体,这一成果被誉为合成生物学的新高峰。
据英国《独立报》3日报道,参与这一项目的科学家在《科学》杂志上写到:人类基因组计划起初也是“有争议的项目”,但现在它被认为是“人类探索史上最伟大的成果之一”,彻底改变了科学和医学的面貌。
2日发表的3页纸论文给出了一些有关该项目的细节。论文强调,合成大约拥有30亿个碱基对的人类基因组,现有技术太昂贵、太原始。为此,他们将通过一系列探索性项目,如合成较短的基因组片段和“经过瘦身”的染色体等,来执行特定的任务,使最终目标得以实现。预计整个项目耗资应不超过人类基因组计划30亿美元的成本。
支持者表示:“该项目旨在解决人类健康问题,包括培育出可移植的人类器官、对免疫系统进行重新编程以对抗病毒、将癌症抵抗力编程为有疗效的细胞系、加速疫苗和药品研发进程等。”
帝国理工学院合成生物学家保罗·弗里蒙特认为:“这是一个极好的项目”。加州大学伯克利分校的生物医学工程师丹尼尔·特尔曼-埃瑞克说:“能以更低成本大规模地编写DNA,有望更高效、更广泛地开展相关研究,并推出更多产品。”
反对声不绝于耳
但也有研究人员接受《自然》杂志采访时表示反对。瑞士联邦理工学院合成生物学家马丁·弗森格就说:“我的第一想法是:那又如何。我个人认为,这些事自然而然会发生,最后只是价格问题。”
也有科学家指出,在获得公众支持之前应暂停这一计划。斯坦福大学合成生物学家德鲁·恩迪和西北大学生命伦理学家劳里·佐洛思在给记者的一封邮件中表示,基因编写团队没有正当理由进行这一研究,这一项目应该禁止。他们写到:“我们在等待一场严肃的公众讨论。”
帝国理工学院合成生物学家汤姆·艾利斯担心,这一项目太专注于合成人类基因组。对此,博伊科表示,除了合成出人类基因组外,HGP-write项目最终也可能会合成出老鼠、微生物和其他有机体的基因组。
应考虑多种因素
更廉价的DNA合成方法并非挡在人类基因组合成路上的唯一“拦路虎”。艾利斯表示,目前还没有方法能将DNA大片插入哺乳动物细胞内并使它们正常工作。另外,对如何设计出一个更复杂的基因组,科学家也束手无策。
弗里蒙特则担心,商业利益会影响这项研究的公益价值。比如,DNA合成公司可能坚持对这一项目拥有所有权。“如果能做到开放并得到公众支持的话,我认为它是个好项目。”
博伊科表示,他更倾向于HGP-write产品不受知识产权限制,就像合成酵母基因组那样,参与HGP-write项目的公司将被授权。为了使公众也能从中受益,他们将建立专利池,以方便用户使用这一项目的研究成果。
博伊科指出,他们将通过编程让合成细胞无法繁殖。他说:“我们并不打算制造克隆军队或开启优生学新时代,这并非我们的计划。”
《科学》杂志的文章也强调:“这一项目需要公众的广泛参与,并且认真考虑可能面临的伦理、法律及社会影响。在研究进行期间,应执行严格的生物安全标准,保障实验室工作人员和研究参与者的安全。”
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《29岁中国女科学家敲除病毒基因,猪器官移植人体技术获重大突破》
《对话29岁“基因剪刀手”杨璐菡:理论上我们把所有病毒活性元件敲除,风险为零》
《重大成果!中国学者研发出国际一流基因编辑技术NgAgo-gDNA,或超CRISPR-Cas9》
来源:新华社 作者:林小春
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