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基因剪刀成功对胚胎基因“动刀”

科研人员利用改良技术修复肥厚型心肌病遗传突变
2017-08-07 07:34:44 | 来源:新华社 | 分享
□新华社记者 林小春
美国首次编辑人类胚胎基因的研究近日发表在《自然》杂志上,该研究利用号称“基因剪刀”的CRISPR基因编辑技术,成功修复了人类早期胚胎中一种与遗传性心脏病相关的基因突变。该研究引发科技界广泛关注。迄今只有中美两国实施过人类胚胎基因编辑,英国一个团队则获得政府的类似试验许可。
伦理审批耗时久
论文的共同第一作者、美国索尔克生物研究所华人研究员吴军说,2015年,中山大学黄军就团队在世界上第一个发表人类胚胎基因编辑研究,引起广泛关注和巨大争议。其实,美国俄勒冈卫生科学大学当时也在与索尔克生物研究所联系,考虑做这方面的工作,只不过等待伦理审批文件等了很久。
那么,中美的研究有何不同?吴军介绍,过去两年中,中国有3个团队先后尝试利用“基因剪刀”CRISPR-Cas9系统编辑人类胚胎中的致病基因,其中黄军就团队和范勇团队使用的是无法存活的异常三倍体人类胚胎,希望尽量减少争议;刘见桥团队则使用正常二倍体胚胎。美国此次使用的也是二倍体胚胎,但编辑过程有所不同。
吴军指出,中国研究团队通过试验证实了“基因剪刀”在人类胚胎中能够发挥编辑功能,但也发现了两个重要问题,即脱靶效应以及胚胎嵌合问题。此次研究旨在进一步探索编辑的效率、脱靶和胚胎嵌合问题,同时利用“基因剪刀”安全修复人类早期胚胎中导致肥厚型心肌病的基因突变。
肥厚型心肌病是一种全球性疾病,同时也是青壮年运动员猝死的主要原因之一。据吴军介绍,肥厚型心肌病主要由最常见的遗传突变——MYBPC3基因突变引起,是迄今已知的1万多种单基因遗传病之一。如果使用基因编辑技术在胚胎中成功修复MYBPC3突变,那么它就将不再遗传给后代,让这一家族性遗传疾病有望获得根治。
胚胎编辑显功效
最新研究中,CRISPR-Cas9系统以100%的比例在正确基因位点实施了编辑,58个试验胚胎中42个未检测到MYBPC3基因突变,即健康胚胎比例占72.4%。通常携带单拷贝基因突变的患者,只有50%的几率把健康基因传给下一代。最新成果意味着,这一几率从50%提高到了72.4%,从而让患者在实施试管婴儿手术时,能获得更多的健康胚胎。
此外,多种检测方法显示,这项研究有效消除了脱靶效应和胚胎嵌合的影响。吴军说,“秘诀”有两个。一是利用携带MYBPC3突变肥厚型心肌病患者的多能诱导干细胞,优化了基因编辑流程;二是借助体外受精技术,把优化工具与携带MYBPC3突变的精子共同注射入处于分裂期的正常卵子以产生受精卵,而先前研究都是在胚胎后期注射编辑工具。
吴军说,这项研究显示了较高的效率和安全性,可能成为获得健康胚胎或提高健康胚胎数量的新途径,也是显性致病基因两个拷贝全部突变患者获得健康后代的唯一可能途径。
不过,研究团队表示相关基因编辑方法仍需优化。“其他单基因显性遗传突变的编辑修复是否能够有类似的效果和安全性,将是研究人员下一步的探索重点。”吴军说。
“中国贡献”受关注
吴军说,这项研究是美国国内首次进行人类胚胎基因编辑,由索尔克生物研究所、俄勒冈卫生科学大学、中国深圳国家基因库、韩国基础科学研究院合作完成,是科学家通力协作下取得的重量级研究成果。其中,俄勒冈卫生科学大学是研究的主要发起者,最主要的人类胚胎基因编辑也在该大学实施,而索尔克生物研究所主要优化了CRISPR-Cas9的编辑流程,还与深圳国家基因库等一道参与检测了编辑的效率和安全性。
“我们实验室与深圳国家基因库有着长期的合作关系,测序及相关分析技术在基因编辑应用评估中具有至关重要的作用,而这是深圳国家基因库的强项,所以我们邀请深圳国家基因库也参与进来。”吴军说。
华人科学家在此项研究中的重要贡献值得关注。俄勒冈卫生科学大学的马虹也是这项研究的共同第一作者,是整个项目的主要负责人之一。
吴军还透露,目前美国政府禁止联邦资金支持人类胚胎基因编辑研究,所以研究资金来自私人赞助。本次论文发表并没有遇到太多困难,从投稿到发表用了约4个月,关键原因可能在于他们解决了脱靶和嵌合问题。

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