基因技术:科学的前沿与伦理的边缘

2024.03.07 责任编辑:陈醒 阅读量:110

近年来,基因编辑领域涌现出单碱基基因编辑技术、引导编辑技术、RNA编辑技术等,基因编辑技术工具箱不断扩大,已经成为跨学科和转化研究、精准医学研究的重要手段和驱动力,为人类未来发展的诸多方面带来深刻变革。
随着科学技术的不断发展,基因技术已成为当今生命科学领域的一颗璀璨明珠。基因检测、基因改良、基因编码、基因治疗……有关基因的话题散发出无穷的魅力,总是那么吸引眼球。2023年12月21日,商务部、科技部发布的《中国禁止出口限制出口技术目录》正式实施,该目录新添了“用于人的细胞克隆和基因编辑技术”,将其列为禁止出口技术的范畴,此举再次引发人们对基因技术的关注与热议。
 如今,基因编辑技术已成为生命科学领域重要的颠覆性技术之一。近年来,世界各国加大在基因编辑领域的投资力度,积极推动基因编辑技术商业化进程。全球基因编辑市场规模快速增长,根据Allied Market Research和Global Market Research的统计,2021年至2022年,全球基因编辑行业市场规模由48.11亿美元增长至54.12亿美元,2022年同比增速为12.49%。总体来看,行业增速较快,市场规模仍有较大的增长空间。
巨大变革不断深入
作为生命科学发展迅速的重要研究领域,基因编辑技术的开发及应用使得生物体的遗传改造呈现前所未有的深度与广度。它是一种能够对生物体基因组及其转录产物进行定点修饰或者修改的技术,可对特定DNA片段进行敲除、加入和替换等,从而在基因组水平上进行精确的基因编辑。基因编辑技术为研究人员提供了一种强大的工具,可以改变基因的遗传特征和表达。
 国务院发展研究中心国际技术经济研究所研究三室三级分析员张芮晴指出,近年来,基因编辑领域涌现出单碱基基因编辑技术、引导编辑技术、RNA编辑技术等,基因编辑技术工具箱不断扩大,已经成为跨学科和转化研究、精准医学研究的重要手段和驱动力,为人类未来发展的诸多方面带来深刻变革。
 前瞻产业研究院发布的《中国基因修饰行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》(以下简称《报告》)提到,从发展历程来看,基因编辑行业起步于1973年,由于道德伦理以及监管限制等原因,早期基因编辑技术的探索领域、运用领域多集中在农业领域。1996年,孟山都公司推出了第一批基因修饰农作物。2012年起CRISPR技术被发现,到2015年此项技术持续被论证。2023年11月,全球首款CRISPR基因编辑疗法在英国获批上市,成为基因编辑产业应用的一座里程碑。
 截至2023年,主要的基因编辑技术可分为三种,分别为ZFN技术、TALEN技术、CRISPR/Cas9技术。其中,CRISPR/Cas9系统是一个天然存在于原核生物的RNA干扰系统,其介导的基因组编辑过程精确度较高,同时细胞毒性也有所降低,但也存在一定不足——只有当目标序列周围存在特定的标记物时,该技术才能得以实现。
 目前,基因编辑技术在癌症、心脑血管疾病、遗传性疾病的治疗方面引起极大关注,可为慢性疾病患者提供精准药物。同时,这项技术还可以改善农业食品供应,提高稀缺生物制品的生产效率,解决气候问题和控制病虫害种群数量等。
 比如在农业领域,放眼世界,此前加拿大的科学家们通过基因编辑技术成功创造了一种名为“环保猪”的新物种,其粪便中的含磷量降低了75%,在保护环境方面起到了巨大作用。在我国,2023年4月28日,农业农村部发布《2023年农业用基因编辑生物安全证书(生产应用)批准清单》,这是全国首个植物基因编辑安全证书,其中包含许多常常出现在餐桌上的农作物,成为标志性事件。
 而在医疗领域,也有突出的革命性突破。上海邦耀生物科技有限公司首席执行官郑彪举例,在我国,中重度地中海贫血病人达30万人,基因携带者有3000万人。过去,对于地中海贫血病的传统治疗方法是输血。一般来说,有输血依赖的重度地中海贫血病人,大约每4周需要输一次血。一个体重40公斤的病人,一年需要8000毫升的血,但是即使病人接受规范的输血,也只有一半的病人能够活过35岁。“现在可以直接用基因编辑把这个疾病基因给它改过来。”他表示,地中海贫血病是因为基因发生了突变,使得病人的血红蛋白出现问题,因此产生的红细胞非常少,修改之后就回归正常了。
据英国《泰晤士报》报道,剪辑肠道细菌是基因编辑技术的下一个开拓领域。加利福尼亚大学伯克利分校的珍妮弗·杜德纳指出,对存活在人体肠道内的细菌的脱氧核糖核酸(DNA)加以轻微调整,便可能帮助人们了解和战胜多种人类疾病。“越来越多的情况表明,微生物群与人类疾病存在着各种联系。举例来说,我们知道人的肠道微生物群在疾病中的重要作用,这些疾病包括感染,甚至是神经退行性变。”她说道,“CRISPR不仅将使一些令人兴奋的个体应用成为可能,我真的认为它将创造一个全新的生物学领域,因为它敞开了大门,让我们理解这些微生物群如何以早先不可能的方式进行活动。”
《报告》指出,从产业链整体环节来看,在我国,基因编辑行业上游通常不是企业,而是科研机构、高等院校等研究团队,这些研究团队将专利授权给中游的生物科技公司,同时,生物科技公司通过对科研团队投资以共享专利。中游的生物科技公司可分为两大类,一类是基因编辑产品供应商,一类是基因编辑技术服务商。产品供应商指试剂盒、病毒载体及核酸序列合成等供应商,技术服务商通常提供相关的技术平台。下游终端客户主要包括CRO公司、制药公司、生物技术公司、科研机构四大类。通常,生物科技公司为这些下游公司提供产品和技术,相应地,下游公司会对生物科技公司进行投资或与其合作以共享产品。
在挑战中改变人类生活
张芮晴在论述基因编辑产业发展与技术趋势时提到,2021年7月,世卫组织发布《人类基因组编辑治理框架》,为人类基因组编辑提供建议,旨在使其更好地成为造福公众健康的工具。人类基因组编辑技术具有提高治疗和治愈疾病的极高潜力,但也伴随着相应的风险。世卫组织的报告为人类基因组编辑的注册、国际研究、医疗旅行以及对相关技术的教育等九种不同情况提出建议,并为在实施、监管和监督人类基因组相关研究明确不同工具方面提供全新的管理框架,有望为该技术带来系统性的改善,有助于在所有国家确保安全、有效、符合伦理的人类基因组编辑,为人类带来更好的健康。
对于基因编辑技术的优势和短板,业内专家们进行过不少交流和讨论。
郑彪表示:“基因编辑本身没有善与恶。但是从医药行业来讲,如果是用于治病,那就是善。但是你如果用在编辑生殖细胞,制造‘超人类’,那可能就要打一个大大的问号。”他还提到,基因编辑很大的问题就是脱靶。“任何事情都不可能完美。我们现在要穷尽所有的手段,不能让完美来扼杀技术的优越。”
北京大学基因组编辑研究中心主任、昌平实验室领衔科学家魏文胜指出:“任何一个技术都有风险,基因编辑也会面临各种各样的风险。而研究者的上限其实是基础研究,基础研究是‘天花板’,决定了我们对疾病机理的了解有多深入、有多到位。”
中国科学院遗传与发育生物学研究所基因组编辑中心主任高彩霞认为,基因编辑技术是一项充满魅力的技术。她举例称,白粉病是农作物的一种常见病害,受害物种包括小麦、大麦、西红柿、草莓、黄瓜等。60年前,大麦育种家通过传统育种方法,成功培育出抗白粉病的品种。经过分析,大麦抗白粉病的原因是该突变体中有一个基因被剔除,基于这一发现,可以通过基因编辑技术来敲除小麦的同一个基因,且这个工作只能通过基因编辑技术。还有羽扇豆,蛋白质和膳食纤维含量极高,但含有有害的生物碱。通过基因编辑技术,对生物碱合成途径的相关基因进行改造,可以去除有害生物碱成分。这样,羽扇豆便能变废为宝,成为一种优质蛋白质的补充来源。“农业农村部对基因编辑产品的监管制度十分规范,生长条件、田间释放、营养成分等各个环节都经过了严格的监控。只有经过国家或农业农村部确认无问题后,才会颁发安全证书。”高彩霞说。
早在20世纪末,我国就意识到遗传资源的重要性以及探索遗传学密码对于生物科学的重要意义,出台了《人类遗传资源管理暂行办法》《人类遗传资源管理条例(送审稿)》《报告》指出,2000年以来至今,我国政策端发布了较多规范性政策,总体立场为,支持行业发展,认同并支持基因编辑在医疗、农业领域的作用,但对于试验中可能产生的风险采取相对保守的态度,同时,对于涉及人类胚胎、人类本身的试验,立场和态度则更加保守。到了“十四五”时期,国家明确要推动基因编辑、拼装、重组等合成生物相关技术发展,构建合成生物创新技术平台,推动技术应用等。前不久,国家知识产权局召开了全国知识产权局局长会议,明确了新一年的工作思路和工作重点。其中提出,深入推进数据知识产权保护规则构建。持续提升知识产权审查质量和审查效率,完善大数据、人工智能、基因技术等新领域新业态专利审查标准,扩大加快审查规模,支持战略性新兴产业发展。
在农业领域,一系列标志性制度也在陆续完善。2022年1月,《农业用基因编辑植物安全评价指南(试行)》对基因编辑植物的安全评价管理进行了规范。该政策的出台被业内视为打破了之前中国基因编辑技术“研究领先、管理滞后、应用空白”的局面。2022年6月,《国家级转基因玉米、大豆品种审定标准(试行)》发布了转基因玉米、大豆的品种审定标准,即转化体真实性要求,转基因目标性状有效性要求,对回交转育的转基因品种的要求等。《2023年农业用基因编辑生物安全证书批准清单》批准了113个项目生产应用的安全证书,涉及机构包括创世纪种业有限公司、德州市农业科学研究院、中国农业科学院棉花研究所等。
总体来看,我国基因编辑行业的发展目标主要聚焦于探索、应用新技术,提升技术发展水平,同时,与其他相关产业协同发展。2024年的一则喜讯证实了这一点——1月8日,医药科技企业正序生物(上海)宣布,该企业与广西医科大学第一附属医院合作开展的针对重型β-地中海贫血症的碱基编辑药物CS-101,其研究者发起的临床试验(IIT)研究成功治愈了首位患者,并达到持续摆脱输血依赖超过两个月。这名β-地中海贫血症患者成为全世界第一个通过碱基编辑临床治疗痊愈的患者。
可以预见的是,未来,基因编辑技术将为基础研究、疾病治疗、农业改良和生物能源等领域提供丰富的应用潜力,继续推动医学、农业和生态学的发展。它将不断改变人类的生活,以更多的创新和突破带来更多的机会和挑战。

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DNA鉴定

根据孟德尔遗传定律(亲子鉴定的理论基础),孩子身上的遗传物质一半来自于生物学父亲(简称“生父”),一半来自于生物学母亲(简称“生母”),每个基因座上的两个等位基因也分别来自生父和生母。DNA亲子鉴定就是根据科学技术将子女的DNA信息与父亲、母亲的DNA信息相比对,如果符合即是亲生关系,不符则非亲生。

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