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《物競人擇 Unnatural Selection》了解CRISPR

來源 : 朱薏
update : 2019/11/13

Netflix 4集影集《物競人擇 Unnatural Selection》,是以紀錄片的方式討論本世紀最具爭議性的話題-基因編輯。影片從科學技術、社會學和倫理道德角度,討論基因編輯對於改變物種、訂製基因寶寶、疾病治療和商業應用各層面值得思考與探討的問題。

基因編輯工具CRISPR被譽為是一項科學奇蹟,從根除鐮狀細胞性貧血到癌症等疾病,被許多人視為「人類基因庫的遺傳剪刀」。但這也是一種道德風險技術,驅使人類違反自然走向訂製嬰兒、改變物種,甚至作為商業操弄。若是從醫學角度來看,基因編輯技術的確為疾病治療帶來希望,但從倫理道德角度,卻也衍生出許多似乎不是「道德勸說」就能控制的問題。

什麼是基因組編輯和CRISPR-Cas9

基因編輯(clustered regularly interspaced short palindromic repeat, CRISPR)是一組使科學家能夠改變生物體DNA的技術。這些技術允許在基因組的特定位置添加、刪除或更改遺傳物質。目前已經開發了幾種基因組編輯方法,最近的一個被稱為CRISPR-Cas9,它是成簇的規則間隔的短回文重複序列和CRISPR相關蛋白9的縮寫。CRISPR-Cas9系統讓許多科學界的人士感到興奮,因為它更快、更便宜、更多,比其他現有的基因組編輯方法更準確、更高效。

CRISPR-Cas9改編自細菌中天然存在的基因組編輯系統。細菌捕獲入侵病毒的DNA片段,並使用它們創建稱為CRISPR陣列的DNA片段。CRISPR陣列可使細菌「記住」病毒。如果病毒再次攻擊,細菌會從CRISPR陣列中產生RNA片段,以靶向病毒的DNA。然後細菌使用Cas9或類似的酶將DNA切開,從而使病毒失去活性。

CRISPR-Cas9系統在實驗室中的工作原理類似。研究人員製造出一小段具有短「指導」序列的RNA,該序列與基因組中特定的DNA靶序列結合。RNA還結合Cas9酶,就像在細菌中一樣,修飾的RNA用於識別DNA序列,而Cas9酶則在目標位置切割DNA。儘管Cas9是最常用的酶,但也可以使用其他酶(例如Cpf1)。一旦DNA被切割,研究人員將使用細胞自身的DNA修復機制,來添加或刪除遺傳物質,或透過用定制的DNA序列,替換現有片段來對DNA進行改變。

基因組編輯可助力人類疾病的預防和治療。目前,大多數有關基因組編輯的研究,都是利用細胞和動物模型來了解疾病。科學家們仍在努力確定這種方法在人類中是否安全有效。人們正在對各種疾病進行研究,包括單基因疾病,如囊性纖維化、血友病和鐮狀細胞病。它還有望用於治療和預防更複雜的疾病,例如癌症、心臟病、精神疾病和人類免疫缺陷病毒(HIV)感染。

當使用CRISPR-Cas9等技術進行基因組編輯來改變人類基因組時,會產生倫理問題。基因組編輯引入的大多數變化僅限於體細胞,即卵細胞和精子細胞以外的細胞。這些變化僅影響某些組織,不會從一代傳到下一代。但是,對生殖細胞或胚胎基因的基因所做的更改,可能會傳遞給後代。生殖細胞和胚胎基因組編輯帶來了許多道德挑戰,包括是否可以使用該技術來增強正常的人類特徵(例如身高或智力)。基於對道德和安全的關注,目前在許多國家/地區都禁止對生殖細胞和胚胎基因組進行編輯。

在台灣,根據科技政策研究與資訊中心的資料,已有很多實驗室使用CRISPR作為研究工具,如製作幹細胞、基因轉殖動植物、微生物基因改造及藥品開發等,或者研究CRISPR引發的免疫反應,相當廣泛用於基礎研究,並已有成果發表於學術性期刊或研討會論文、報告。在CRISPR相關產業方面,雖已有公司實際利用此技術從事研發和生產製造,但大多企業為代理商,相關發展仍在起步階段。