大家好,我是儒商,今天给您分享更多王烁的专题-《30天认知训练》
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今天的思维训练我们与王烁老师一起开个脑洞:如果你掌握了基因编辑技术,人类可能会因此灭绝吗?今天我就想给你讲基因编辑术。
什么叫基因编辑术?就是新的技术能够重新编辑基因,能够找到相应的基因进行删除,甚至改写基因,这在以前是不可想象的事情。
它来自我今天想推荐的这本书,《创造的裂缝:基因编辑与不可想象的控制进化的力量》(A Crack in Creation: Gene Editing and the Unthinkable Power to Control Evolution),作者杜纳德(Jennifer A. Doudna)是美国加州伯克利大学生物化学教授,近年来革命性的基因编辑技术CRISPR-Cas9方法首要发明人。
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制造物种大杀器
这项研究于2012年8月在《科学》杂志上发表论文,立即被认为获得诺奖只是时间问题。全世界生物科学家就像得到了新玩具的小朋友,刚刚5年过去,就已经发表了无数用这项技术取得的成果。
有人想用它复活猛玛象;
有人用它来治白血病;
有人想在出生之前就治好胎儿的遗传缺陷;
有人想更进一步,制造完美婴儿。
一个比一个异想天开,却又都已经进入视野。
我接下来教你用它制作物种大杀器,毁灭物种的武器。你需要懂得这几样东西:
第一,有一类基因非常“自私”。
本来上一代的特定基因各有五成几率传给后代,但有一类基因比较特殊,它不一定能为后代带来什么好处,但几乎百分百能传下去。科学家们不知道怎么说它好,称之为“自私”基因。
第二,有科学家开脑洞,如果能利用这类自私基因特别强大的遗传能力,加以改造,不就能在一个物种当中迅速向后代普及新特征?
比如,如果把“绿眼睛”的基因编码搭载在自私基因上,因为近乎100%能传到下一代,那么,不用多少代,这个物种就会被”绿眼睛“完全统治。
第三,在合用工具出现之前,将你想要的基因编码植入自私基因不过是空想。
CRISPR-Cas9基因编辑技术改变了一切。它可以精确地找到自私基因,敲出其原来的部分编码,植入你想搭载的基因编码。就跟运载火箭一样,推进器、燃料舱都不动,就置换了货舱。
第四,科学家更进一步。
不光置换了“火箭”的货舱,植入目标基因编码,还把基因编辑工具包也一并植入,层层嵌套,打造出强化版的自我复制器。“绿眼睛”会像野火一样迅速传遍整个物种。
上面讲的第一、第二、第三、第四,这四步整套做法就叫作基因驱动器(gene drive), 它能够在物种当中迅速地普及新特性。
如果仅仅是普及“绿眼睛”这个特性也就罢了,问题是植入哪些基因编码,谁说了算?谁来管?
已经有科学家考虑用基因驱动器方法来消灭疟疾。疟疾通过蚊子传播,消灭蚊子就能消灭疟疾。办法是用基因驱动器把隐性的绝育基因植入雌性蚊子。单份的隐性绝育基因可以遗传,会很快在蚊子界普及。最后,当所有蚊子都携带双份的绝育基因时,灭绝降临。
蚊子界现在最应该担心的,就是那只雌蚊子逃出实验室。
上述就是物种大杀器。美国中情局与此看法一样,在《全球威胁评估》报告中,把它与核武器、化学武器并列为大规模杀伤性武器之一。
正如杜纳德在本书副题中所说,用基因编辑来控制进化的力量大到不可想象。自从有生命30多亿年以来,有人类几百万年以来,进化(evolution)靠两个最基本因素, 一是基因的随机突变,二是自然选择 。
自然选择比山岳还永恒,但基因随机突变这件事却有可能天翻地覆:通过基因编辑技术,人能够修改植物、动物以及自己的基因,它们的变化可以不再是随机的。上帝级的大杀器,终于要掌握在人类自己手中。
跟我念一遍这个基因编辑技术的名字:CRISPR-Cas9。它不是第一个基因编辑技术,此前至少有两种已相当成熟的方法,但跟前辈相比,它简单、有效、廉价、精确、普适。
它使得基因编辑这件事从复杂变得简单,从昂贵变得低廉,从殿堂实验室进入寻常百姓家。一句话, 它把基因编辑这件事给民主化了。 发明人杜纳德说,极而言之,有过实验室训练,再花几千美元准备工具,就可以开干了。
它的发明是偶然也是必然。科学发现与发明有两种,一种是你不发现人类就会错过很久;一种是全世界有好多科学家又合作又竞争,朝着一个已经看得见的目标赛跑。 相对论属于前者,CRISPR基因编辑属于后者。
在杜纳德发表论文之后,很快就有多篇高质量同类论文面世,使它在降生之际就已经相当成熟。可以说,谁先撞线只是对撞线者重要,但对人类没差别。此刻瓜熟蒂落,它就应该现世了。
杜纳德领导的合作团队发明它则很偶然。杜纳德的专业是研究细菌,学术生涯从未研究过动物,更不用说人。她当然也不是基因编辑专家。她先拔头筹,是因为近水楼台,这套基因编辑技术来自于细菌的免疫机制。
02
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如何理解基因编辑术
它分为两部分,这两部分合起来就是这套基因编辑技术的名字CRISPR-Cas9。
第一步先讲CRISPR。 细菌被病毒感染后,会多出外来的DNA序列,CRISPR能将其标出来。 用术语讲则是将外来片段整合进细菌细胞的基因组,转录出RNA。CRISPR在基因编辑中的角色相当于导航器。
第二步,Cas9相当于剪刀。 导航器将Cas9导航到外来片段所在位置,将其剪除。 CRISPR+Cas9,导航加编辑,完成精确打击。
洞察细菌免疫系统这个自我防卫机制,杜纳德指出其意义在于同一机理可用于各种基因编辑。
怎么理解这个革命性的基因编辑术?王烁老师是个文字工作者,就用写书来作对比:
人类基因组是本天书,长达30亿个字(碱基对),两万多个概念(基因)散布其间。如果我要修改书中的任何部分,得用文本编辑工具,它提供了查找功能,输入关键字,全文检索,找到目标,然后编辑操作,删除、改写、插入,等等。
基因编辑与此类似:CRISPR对应于查找功能,在30亿个字的天书里找到对应的基因片段。Cas9则对应于删除、改写、插入等操作。两者合力,理论上可以找到任意目标基因编码,可删除,可插入,可改写,还可多重编辑。
编辑基因如编辑文章,是不是很恐怖?
要达到这个状态,目前还有两大制约。
第一,人类基因组是一部天书,我们还远远没有读懂。
目前达到的水平差不多是这样:每个字都认识,全篇就基本不懂;有些段落好像读懂了,但上下文基本不懂;至于伏笔、隐喻,根本不懂。总的来说,距离刚刚脱盲没多远。
第二,新基因编辑技术虽然精度显著提升,但在查找目标基因时,仍然有可能脱靶,就是搜索到错误的基因片段。
比如说想搜的是“冯京”,但鼠标落到“马凉”身上。在一个错误的基因上动刀,想想就不寒而栗。
杜纳德说,脱靶问题有几个办法,
一是理性主义的, 就是用电脑算法遍历人类基因组这本天书,精确评估脱靶风险;
二是实证主义的, 就是大量实验,在相似基因序列上反复打靶,直到找到脱靶风险最小的选择;
三是工具主义的, 就是改进导航工具增加精度;
四是打补丁主义的, 因为剂量越大则脱靶风险越大,那就控制好剂量等等。
总之,慢慢来。
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控制进化的力量
基因编辑技术与读懂基因组天书这两件事并非彼此孤立。读懂天书,基因编辑技术才有地方施其巧,而基因编辑技术也能反过来帮助我们解开天书。 它的毁灭潜能与创造力,都在于接下来人们的选择。
回过头来讲讲刚开始提到的科学家们的狂野计划。
第一个,复活猛犸象。
哈佛大学一个团队已经完成对两只猛犸象的完整基因测序。他们把猛犸象的基因组与其现代近亲亚洲象的基因组作穷尽比对,发现共有1668个基因差别,大多与温度习性、皮肤、毛发和脂肪有关——猛犸象生活在冰天雪地,亚洲象生活在南亚。
他们已经用基因编辑技术将其中16个基因的亚洲象版本替换成了猛犸象版本,理论上可以把所有1668个基因都替换成猛犸象版本,用今天的亚洲象来复活灭绝于数万年前的猛犸象。
侏罗纪公园不是梦。
第二个,战胜癌症。
基因编辑技术在攻克癌症这件事上是辅助角色,现在有两个路径。
首先是帮助精准确定致癌病变的基因突变。 把癌症病变与特定的基因突变挂钩这件事很难,大多数癌症的基因机理现在还是盲人摸象,而基因编辑可以帮我们摸得更快点。过去靠漫长的实验室试错,现在可以简单得多。
已经有研究团队编辑出疑似与急性白血病相关的多种基因突变,注射到不同的小白鼠身上,观察哪个得了急性白血病,结果一目了然,精度、速度都提高很多。
还有就是协助免疫疗法。 与传统的化疗、放疗、手术不同,免疫疗法不直接杀灭癌细胞,而是激发我们的免疫系统来打击癌细胞,征用的生力军叫作T细胞。免疫疗法的关键就是让T细胞识别并打击癌细胞,理想的情况是患者得哪种癌症,就针对性地定制T细胞来打击它。
定制这件事,就轮到基因编辑登场了。用它把普通T细胞用来识别癌细胞的受体敲出,置入针对特定癌症的受体,相当于给T细胞装上了自动对标的巡航导弹。这个方法已经有临床成功的病例。
杜纳德比较乐观,她认为往前走不用很久,癌症的免疫疗法就有可能进入普通的药房。
第三个,制造完美婴儿。
既然有可能用基因编辑来治病,那就一定会有人会想能不能用它来制造完美婴儿。既然有人努力在婴儿的胚胎期就纠正其遗传缺陷,那就一定会有人努力为其置入超级能力属性。
天赋这件事,过去是自然母亲的安排,现在已经看到普罗米修斯盗火的身影。有人已经在构思这件事的商业前景,但应该不应该做这件事,仍然是个至关重要的问题:
人类应不应该人为地永久性地改变人类自己的基因组?
只有实践能给出答案。
本讲小结
总结一下,我们今天的思维训练给你介绍了最新的基因编辑技术,相信你对他的原理有所了解。可以想象的是,这门即将成熟的技术会给人类的社会伦理代理很多挑战。
如果你希望更深入了解基因编辑技术,我给你推荐的这本书杜纳德的这本书 《创造的裂缝:基因编辑与不可想象的控制进化的力量》。
今日思考
今天留给你的思考题是, 你赞同人类制造完美婴儿吗?为什么?
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我们明天的认知升级是,人类分种族这件事,其实不存在。