基因宝宝图片合成,基因编辑婴儿事件分析

//最近好像又有了新进展;以下是某课结课论文//

2018年11月26日,南方科技大学副教授贺建奎在第二届国际人类基因组编辑峰会召开前一天宣布,一对名为露露和娜娜的基因编辑婴儿本月在中国健康出生。这对双胞胎的一个基因经过修改,使他们出生后能够天然抵抗艾滋病。消息一出便震惊社会,引发了科学界的同声斥责以及对科学伦理与研究安全性的担忧。本文详细阐述了该事件中贺建奎对双胞胎所使用的基因编辑技术、可能的预防艾滋病机制、该事件涉及的技术问题、伦理问题、法律监管问题、社会各界对此事件的应对及看法。

1 技术

据贺称,他与团队通过CRISPR基因编辑技术,对一对双胞胎的CCR5基因进行改造,从而使婴儿获得可遗传的对部分艾滋病的免疫力。下文将详述CRISPR基因编辑技术的原理、产生及发展以及如何免疫艾滋病。

1.1 CRISPR-cas9

CRISPR-cas9系统是在原核微生物(细菌、古生菌)中发现的一种适应性防御机制,用于对抗入侵的病毒及外源RNA。CRISPR是一个特殊的DNA重复序列家族,通常由一个前导区、

图1、CRISPR系统在细菌、古生菌中的工作原理[1]

多个短而高度保守的重复序列区和多个间隔区组成。重复序列的长度通常为21~48bp,重复序列之间被26~72bp间隔序列隔开。

当病毒或其他外源基因入侵时,CRISPR的工作机制分为以下三个步骤:1、适应阶段:为了能够识别和破坏病毒和其他外源基因片段,外源基因片段的一小部分被整合到宿主的CRISPR区域中,CRISPR区域包含许多小的重复序列(图1黑色部分),将外源DNA(彩色部分)分隔开。2、crRNA生成阶段:CRISPR会转录出许多单独的cRNA,它一端是重复序列,一端是转录形成的外源基因导向序列。3、沉默外源基因阶段:crRNA会关联cas蛋白来形成crRNA-Cas蛋白效应复合物,这种复合物通过碱基互补配对能够特异性得识别DNA或RNA并剪切以沉默外源基因。其中PAM(前间区序列临近基序)会协助外源基因的识别和沉默[1]。

CRISPR-Cas系统可以粗略地分为三种:Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。其中,CRISPR-Cas9系统属于Ⅱ型。

图2、CRISP-cas9基因编辑工具的工作原理[2]

Cas9核酸酶含有两个核酸酶活性位点(RuvC和HNH),能够产生具有盲端的双链DNA断裂。CRISPR-Cas9的靶向特异性是由两部分决定的:crRNA和靶DNA之间的碱基互补配对、Cas9蛋白和PAM(前间区序列临近基序,通常在靶DNA的3’端发现)的结合。CRISPR-Cas9系统还需要tracrRNA(与crRNA重复序列互补的反式激活crRNA),它是在crRNA形成的同时形成的。其中,crRNA通过碱基对引导Cas9蛋白到靶DNA序列,而tracrRNA与crRNA通过碱基互补配对连接,在靶DNA的剪切中起到非特异性但是必要的作用。

在DNA双链断裂后,细胞会有两种修复机制:非同源性末端结合修复机制(NHEJ)和同源介导的修复机制(HDR),前者会引入插入或缺失突变,后者也可能在断裂位点引入插入、删除或修饰,从而使靶基因沉默。

CRISPR基因编辑技术即通过人工设计crRNA和tracrRNA,可将两个RNA结合简化成短链导向RNA(sgRNA),引导Cas9对DNA的定点切割[2]。Cas9 crRNAs复合物进行靶位点选择的要求是PAM:一个在靶位点下游的非常短的序列。运用最广泛的cas9核酸酶只需要一个位于靶位点下游的简单的5’-GG-3’PAM序列就能被激活。而这种序列在各种生物体的基因组中都很常见。加之通过序列识别靶向DNA,即只需合成一个很短的sgRNA就能实现对基因的特异性修饰,与ZFN/TALEN相比,更精准,廉价,易于使用,迅速成为最热门的基因编辑技术。

1.2 如何免疫艾滋病

艾滋病是一种危害极大的传染病,由人体免疫缺陷病毒(HIV病毒)引起,威胁着全人类的健康。HIV感染进入易感细胞需要借助靶细胞表面的特异性病毒受体。HIV是一种RNA介导的、能够导致艾滋病的慢病毒,它能够侵袭人体的CD4+T细胞、树突状细胞和巨噬细胞,降低人体细胞免疫的功能。因此,人体易于感染各种疾病,并可发生恶性肿瘤,病死率较高。HIV已经被鉴定出两种类型,HIV-1和HIV-2。

HIV感染人CD4+T细胞需要经过3个阶段:病毒入侵靶细胞、RNA基因组的复制与整合、新HIV病毒的组装与释放。在入侵靶细胞的过程中,HIV病毒进入人体血液循环系统后,其表面的Gp120分子会识别人T细胞表面表达的CD4受体,在辅助共受体(CCR5或CXCR4)的帮助下相互作用并结合,从而激活病毒与细胞膜融合并向胞内释放RNA基因组及多种酶类[3]。

CCR5是人类CCR5基因表达的蛋白质,存在于免疫细胞表面,是G蛋白偶联受体的一种,它对于HIV-1病毒的R5菌株的传播是必需的,若CCR5蛋白质结构异常或被药物阻断,人体便能在一定程度上免疫HIV-1病毒。早在1996年就有报道发现两例具有纯和CCR5Δ32天然突变个体在多次暴露与HIV-1感染的环境而不感染病毒的案例[4]。另外,CCR5还有其他很多重要的生理学功能,据报道和癌症有关、很可能在感染的炎症反应中发挥作用,尽管其在正常免疫功能中的确切作用尚不清楚。

随着基因编辑技术的发展,许多科学家尝试对T淋巴细胞上的HIV受体、辅助受体进行基因修饰,破坏其介导的HIV感染功能,赋予细胞HIV抗性。2009年,美国南加州大学研究团队使用ZFN技术修饰人类造血干细胞来控制HIV-1病毒[5];2013年,美国宾夕法尼亚大学的研究小组与Sangamo BioSciences生物技术公司合作,采用ZFN技术靶向破坏T细胞CCR5基因,并将这种基因改造的细胞用于治疗艾滋病[6]。值得注意的是,基因编辑技术用于艾滋病的治疗研究仅在造血干细胞水平或处于动物实验阶段,而对于生殖细胞的基因编辑,没有任何先例。

2 质疑与谴责

该消息发出后,华人学者们在第一时间联署声明,强烈反对贺建奎“贸然尝试做可遗传的人体胚胎基因编辑”。随后,中国工程院、中国细胞生物学协会、全英华人生命科学学会、美国科学促进会、美国国立卫生研究院等机构,以及多家国际学术出版社等纷纷表态,强烈谴责贺建奎团队这一不负责任的行为。下文将从技术问题、伦理问题以及法律监管问题对此行为进行分析。

2.1 技术问题

首先,CRISPR/Cas9技术目前并不完全成熟,可能会引发称为“脱靶效应”的错误编辑,导致与目标序列不匹配的序列被错误切割,引发一系列无法预知的突变,在遗传学上对被编辑生物的基因组具有风险。

其次,CCR5基因CCR5-Δ32基因虽对部分艾滋病具有免疫作用,但有综述指出携带者患多发性硬化症的风险增高,此外CCR5-Δ32可能会使携带者在感染西尼罗河病毒后出现更严重的神经系统疾病[7]。

其三,CCR5-Δ32基因型仅对使用CCR5受体蛋白的R5型HIV病毒有免疫能力,如上文所述,HIV病毒有两种类型,故CCR5的修饰对仅使用CXCR4受体蛋白的X4型HIV病毒没有免疫能力。

其四,现有的母婴阻断技术非常有效,高达98%以上可防止新生儿被艾滋感染。HIV感染的父亲和健康的母亲,100%可以生个健康的孩子,所以对健康胚胎进行CCR5基因编辑是没有必要的[8]。

当然,以上问题基于CCR5基因修饰达到预期目的的假设,然而贺建奎于11月28日在基因编辑峰会的演讲称,露露的两个CCR5基因均既不为野生型,也不为Δ32,而是两种目前尚未发现其自然存在的移码突变,效应未知。而娜娜的两个基因中一个缺失15个碱基(Δ15),不会造成移码突变,但表型效应也未知,另一个为野生型。这将对已经诞生的婴孩带来不可知的影响。

2.2 伦理问题

根据世界医学会《赫尔辛基宣言》等国际伦理准则,采用知情同意、可接受的风险收益比和公正分配等措施保障受试者的权利作为人体医学研究的伦理准则。显然,此次基因编辑婴儿事件违反了伦理准则:

首先,安全性问题。基因编辑技术具有高效、简单的特点, 使得人们掌握该技术的门槛相对较低, 但基于目前的技术手段, 人们对生殖细胞及胚胎编辑的安全性尚不能做出有效评估。两次人类基因组编辑峰会的声明都强调“在现有条件下, 进行生殖系编辑的任何临床应用都是不负责任的”。现阶段对人类胚胎进行基因编辑,风险收益比太高,不符合伦理准则。

其二,人权问题。人不应当作为实验品而出生。生命伦理学的自主性原则强调涉及他人利益的行动或决策中, 行动者需得到他人许可才能干涉他人利益。接受基因编辑的是婴儿,而不是签字同意的父母或者是信心满满的科学家,他们是否有权利决定受试者进行基因编辑?孩子在成长过程中,是否会面临接下来的跟踪实验、数据监测?孩子的健康权、隐私权和自由权能否得到持续保障?

其三,社会公平问题。人类胚胎基因编辑技术与我们每个人息息相关。若我们不能对人类胚胎基因编辑技术进行合理的规范,势必会引起社会平等和公平问题,甚至会导致严重的社会冲突。另外,该技术一旦作为人类智力和体力的增强工具,势必会加剧社会的分化,科幻电影中的故事情节将会变成现实[9]。

在科技突飞猛进的当代社会,人对自然和未来的生命的伦理责任在于维护并服务于人类的长远存在及利益。约纳斯将责任原理的绝对命令表述如下:“你的行为必须是行为后果要考虑到承担起地球上真正的人的生命持续的义务。”[10]但是,在技术文明时代,“技术至上”论深入到现代文明的方方面面,面对巨大的利益诱惑 ,让人类个体放弃自己的利益和权利而承担起对自然和人类的未来的义务是十分困难的。一些人认为,技术进步可以解决当今社会和人类的一切问题,约纳斯认为,在技术的框架内,技术不能克服自身带来的风险。技术责任伦理观的核心是尊重和保护人类的尊严和权利,对技术本质的认识以及对技术的警惕是责任伦理的首要任务。

2.3 监管与法律程序问题

此次基因编辑事件不仅涉及伦理问题,也违反了现行规定。

根据科技部和卫生部联合印发的《人胚胎干细胞研究伦理指导原则》,虽然可以以研究为目的,对人体胚胎实施基因编辑和修饰,但体外培养期限自受精或者核移植开始不得超过14天,也不能将修改了基因的胚胎细胞植入人的生殖系统。在卫生部《人类辅助生殖技术规范》中,也明禁止“以生殖为目的对人类配子、合子和胚胎进行基因操作”。

根据原国家卫计委2016年10月发布的《涉及人的生物医学研究伦理审查办法》,实施基因编辑技术的机构在进行基因编辑人类胚胎的实验时,应当事先进行伦理审查,并向颁发其医疗机构执业许可证的卫生行政主管部门申请备案。未经伦理审查委员会批准是不允许实验的。深圳市卫计委表示未曾受理过该实验的医学伦理报备,网传同意医学伦理委员会审批表的深圳和美妇儿科医院也否认与此项实验有关。

就目前来看,我国有关基因治疗的规范和标准还不完善,尚未制定规范基因疗法或实验的法律。立法的不足不利于预防和控制基因治疗等尖端医疗技术的滥用,且一旦有人因此受到伤害,也无法对其提供适当的保护。如在本次事件中,根据我国民法总则的规定,除涉及遗产继承、接受赠与等胎儿利益保护的情形外,自然人的权利通俗讲“始于出生,终于死亡”,故无论今后被编辑基因的孩子身体健康出现任何相关的问题,在目前的法律框架内,孩子都不是适格的民事起诉主体,只能由其父母基于当时的医疗合同或者医疗损害责任(侵害患者知情同意权)而起诉医疗机构,可获得赔偿的范围也将十分有限[11]。

3 讨论

当然,对于人类基因编辑不能全盘否定,有一天将基因编辑在安全、仁爱、保护人权的情况下应用于预防和治疗疾病是人类的美好愿望。但此次基因编辑婴儿事件,破坏了公众的信任,鲁莽、粗糙、为时过早,还可能将给基因编辑领域带来“寒蝉效应”。在第二届人类基因组编辑国际峰会上,组委会给予声明:我们建议进行独立评估以验证贺的声明并确定所声称的DNA修饰是否已发生。即使基因修改得到验证,该程序也是不负责任的,不符合国际规范。其缺陷包括医学适应症不足,研究方案设计不合理,未能达到保护研究对象福利的道德标准,以及在临床程序的制定、审查和实施中缺乏透明度。

该事件引起了广泛关注,也引发了社会各界的应对举措。近日,教育部科技司向各大高校下发《关于高等学校开展基因编辑相关研究项目自查工作通知》。《通知》强调“为进一步加强高等学校科研伦理的规范与监管,保障生命和医学领域科学研究健康发展”,“拟组织开展高等学校基因编辑相关研究项目的自查工作”。许多高校在研究生阶段就对学生进行关于生物医学实验的伦理学教育。该事件也加快了有关人类基因编辑国际公约的形成以及国内相关法律法规的进一步完善。

对于试验中出生的两个孩子,希望她们个人和家庭的隐私能够得到严格的保护,被当作完全正常的公民对待,享有中国公民的基本人权,且因基因编辑导致的不可知的健康问题应由相关涉事人员负责,使他们能在生理上和心理上健康快乐成长。同时,严肃处理不合规的研究参与者和伦理委员会、加强科研伦理监管严肃讨论立法,杜绝此类事件再次发生。

参考文献

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[2]Knight SC, Tjian R, Doudna JA. Genomes in Focus: Development and Applications of CRISPR-Cas9 Imaging Technologies. Angew Chem Int Ed Engl. 2018;57(16):4329-4337.

[3]徐磊. 建立CRISPR敲除造血干细胞CCR5基因治疗艾滋病新策略[D].中国人民解放军军事医学科学院,2017.

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[6]CD4 reconstitution and reduction of reservoir in HIV-positive patients following a single infusion of CCR5 modified autologous CD4 T cells (SB-728-T)[J] . R-P Sekaly,J Zeidan,J Lalezari,R Mitsuyasu,G Lee,M Giedlin,G Nichol,W Tang,D Ando,S Deeks.The Lancet . 2013

[7]Hybridization Kinetics Explains CRISPR-Cas Off-Targeting Rules.Klein, Misha; Eslami-Mossallam, Behrouz; Arroyo, Dylan Gonzalez; Depken, Martin.Cell Reports. 2018-02, 22 (6): 1413–1423. ISSN 2211-1247.

[8]清华大学全球健康及传染病研究中心与艾滋病综合研究中心主任张林琦 . 知识分子

[9]崔建洲,林秀金,沈汉明.基因编辑技术(CRISPR-Cas9)在医学领域的应用及其相关伦理问题思考[J].中国现代应用药学,2018,35(12):1755-1760.

[10]张旭.技术时代的责任伦理学:论汉斯·约纳斯[J].中国人民大学学报,2003(02):66-71.

[11]基因编辑事件法律问题全面解读. 法制日报

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