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在桃莉羊之後:複製猴,生日快樂!

PanSci_96
・2018/01/25 ・2454字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 572 ・九年級

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「中中」和「華華」。source:原始論文

今天(2018/1/25)《細胞》期刊封面故事,兩隻複製猴「中中」、「華華」去年底在中國上海的中國科學院神經科學研究所,誕生啦!

這是首次使用體細胞核轉移技術(somatic cell nuclear transfer, SCNT)成功複製出的靈長類動物,這兩隻長尾獼猴(Macaca fascicularis)擁有完全一致的基因組,分別出生於 2017 年 11 月 27 日與 12 月 5 日。

體細胞核轉移技術的改良

中中與華華其實並非首次被複製成功的靈長類動物:1999 年科學家也曾成功複製了普通獼猴,但使用的技術較接近於自然狀態下產生同卵雙胞胎的機制。在這次的研究中,科學家使用發展了二十多年的「體細胞核轉移(somatic cell nuclear transfer, SCNT)技術,最出名的例子便是 1996 年出生的桃莉羊。科學家移除未受精的卵細胞之細胞核,再以另一個體細胞的細胞核取而代之;然後刺激該細胞發育為胚胎,再植入代理孕母的體內。

圖/原始論文

當初製造桃莉羊的科學團隊,在後續幾年也製造出了四隻相同的綿羊。體細胞核轉移技術在後續的研究中被應用在二十種不同的動物身上,包括青蛙、小鼠、大鼠、豬、牛甚至是狗。

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「(這項技術)在非人類的靈長類物種上曾經嘗試過非常多次,但都失敗了。」論文共同作者、中科院上海神經科學研究所蒲慕明說。科學家長期認為猴子的基因有些因素讓此項技術無法成功,團隊本次的成功建立在很多實驗的改良上。

由中國科學院孫強研究員率領博士後研究員劉真為首的團隊調整了很多技術細節,從細胞核轉移到細胞融合內容。團隊花了三年完成這些調整,其中一個最主要的成功要素在於團隊使用了胚胎細胞核而非成體細胞核。其他調整內容還包括在胚胎早期階段注入經處理的 Kdm4d mRNA 並且使用組蛋白脫乙醯酶抑制劑(histone deacetylase inhibitor)trichostatin A 處理胚胎細胞,這些處理可以大幅增加懷孕的成功率。

圖/原始論文

團隊在研究中分別使用了體細胞以及胚胎纖維母細胞(fetal fibroblast)的細胞核。但成功率還是有限的:來自體細胞的胚胎分別植入了 42 個代理孕母體內,22 例成功懷孕,有 2 隻出生但很快就夭折了;來自胚胎纖維母細胞的胚胎則植入了 21隻代理孕母體內,6 例成功懷孕,而成功出生的 2 隻小猴子就是「中中」和「華華」。

華華與中中目前分別為六週和八週大,由人工飼養長大,目前看起來發育生理上沒有任何問題。預計這幾個月將有更多小猴子出生。

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「這兩隻小猴子非常活潑而且健康,他們就像人類的小孩一樣成長得很快。」論文通訊作者孫強說:「牠們看起來越長越活潑,而且沒有任何不正常。」

其他科學家怎麼看?

其他科學家表示有限的成功率代表了還需要更多的實驗,弗朗西斯 · 克里克研究所(Francis Crick Institute)胚胎發育與幹細胞研究部門的 Robin Lovell-Badge 說:「即使他們成功獲得了複製猴,但目前的數量太少,不足以達成任何結論,實驗效率仍然很低而不順利。」

「的確必須找到這(低生育率)相關的規則證據,」科羅拉多州立大學生生物醫學系助理教授 Jennifer Barfield 說,她從事的研究嘗試在美國野牛保育上做一樣的事情,她認為這項工作相當有趣且重要:「尤其是對於靈長類來說,成功並非隨手可得。」

「值得恭喜,我知道這件事有多難。」奧勒岡健康與科學大學的複製專家 Shoukhrat Mitalipov ,曾在 2000 年左右使用了超過 15,000 個猴子卵細胞嘗試進行複製,但沒能成功生出任何小猴子。

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那麼,之後呢?

中國科學院神經科學研究所的團隊將會繼續優化體細胞核轉移的技術,並持續觀察中中與華華未來的生理與心理發育狀況。他們在發表的論文中表明希望他們的研究最終可以應用於了解人類疾病,如能加入現在的基因剪輯技術複製疾病的狀況等。希望能夠將複製猴應用於遺傳疾病的研究,如帕金森氏症、阿斯海默與亨丁氏症等。

「非人類的靈長類對於生醫領域的研究非常重要,」James Bourne ,澳洲蒙納許大學助理教授,國家健康與醫療研究顧問的資深成員說,「複製猴作為基因上與人類很相近的物種,可以成為醫學研究的重要工具。」

如果可以有效率提供擁有相同基因的實驗猴,預期將能應用於像是生醫、藥學領域。有些科學家認為能夠複製靈長類動物,對於研究人類疾病將有極大的幫助,在過去的實驗環境中,我們難以排除結果是由於實驗處理、或是個體的基因差異,而如果能使用複製動物進行醫學與藥理的實驗,便能更快速得到結果。

避免不了的倫理議題討論

圖/中國科學院新聞稿

這兩隻小複製猴的誕生也激起了相關的倫理爭論。人類也是靈長類的成員,科學家打破了複製靈長類的技術障礙,理論上也代表我們離複製人又更近了一步。論文的作者聲明他們無意複製人類,但他們也相信這項實驗會再度引出對於複製生物研究的規範討論。

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英國肯特大學基因學的教授 Darren Griffin 說:「該是時候謹慎思考此類基因實驗『容許』及『應當』如何操作的倫理框架了。」他指出,將有批評湧出:「這項實驗結果將可以滑坡推演出我們距離複製人類又更近了一步。」但無論如何,Griffin 認為這項實驗的益處相當明確:「我個人對於此項研究的結果相當審慎樂觀,這是個非常令人印象深刻的技術突破。」

 

原始論文:

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拆解邊緣AI熱潮:伺服器如何提供穩固的運算基石?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/05/21 ・5071字 ・閱讀時間約 10 分鐘

本文與 研華科技 合作,泛科學企劃執行。

每次 NVIDIA 執行長黃仁勳公開發言,總能牽動整個 AI 產業的神經。然而,我們不妨設想一個更深層的問題——如今的 AI 幾乎都倚賴網路連線,那如果哪天「網路斷了」,會發生什麼事?

想像你正在自駕車打個盹,系統突然警示:「網路連線中斷」,車輛開始偏離路線,而前方竟是萬丈深谷。又或者家庭機器人被駭,開始暴走跳舞,甚至舉起刀具向你走來。

這會是黃仁勳期待的未來嗎?當然不是!也因為如此,「邊緣 AI」成為業界關注重點。不靠雲端,AI 就能在現場即時反應,不只更安全、低延遲,還能讓數據當場變現,不再淪為沉沒成本。

什麼是邊緣 AI ?

邊緣 AI,乍聽之下,好像是「孤單站在角落的人工智慧」,但事實上,它正是我們身邊最可靠、最即時的親密數位夥伴呀。

當前,像是企業、醫院、學校內部的伺服器,個人電腦,甚至手機等裝置,都可以成為「邊緣節點」。當數據在這些邊緣節點進行運算,稱為邊緣運算;而在邊緣節點上運行 AI ,就被稱為邊緣 AI。簡單來說,就是將原本集中在遠端資料中心的運算能力,「搬家」到更靠近數據源頭的地方。

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那麼,為什麼需要這樣做?資料放在雲端,集中管理不是更方便嗎?對,就是不好。

當數據在這些邊緣節點進行運算,稱為邊緣運算;而在邊緣節點上運行 AI ,就被稱為邊緣 AI。/ 圖片來源:MotionArray

第一個不好是物理限制:「延遲」。
即使光速已經非常快,數據從你家旁邊的路口傳到幾千公里外的雲端機房,再把分析結果傳回來,中間還要經過各種網路節點轉來轉去…這樣一來一回,就算只是幾十毫秒的延遲,對於需要「即刻反應」的 AI 應用,比如說工廠裡要精密控制的機械手臂、或者自駕車要判斷路況時,每一毫秒都攸關安全與精度,這點延遲都是無法接受的!這是物理距離與網路架構先天上的限制,無法繞過去。

第二個挑戰,是資訊科學跟工程上的考量:「頻寬」與「成本」。
你可以想像網路頻寬就像水管的粗細。隨著高解析影像與感測器數據不斷來回傳送,湧入的資料數據量就像超級大的水流,一下子就把水管塞爆!要避免流量爆炸,你就要一直擴充水管,也就是擴增頻寬,然而這樣的基礎建設成本是很驚人的。如果能在邊緣就先處理,把重要資訊「濃縮」過後再傳回雲端,是不是就能減輕頻寬負擔,也能節省大量費用呢?

第三個挑戰:系統「可靠性」與「韌性」。
如果所有運算都仰賴遠端的雲端時,一旦網路不穩、甚至斷線,那怎麼辦?很多關鍵應用,像是公共安全監控或是重要設備的預警系統,可不能這樣「看天吃飯」啊!邊緣處理讓系統更獨立,就算暫時斷線,本地的 AI 還是能繼續運作與即時反應,這在工程上是非常重要的考量。

所以你看,邊緣運算不是科學家們沒事找事做,它是順應數據特性和實際應用需求,一個非常合理的科學與工程上的最佳化選擇,是我們想要抓住即時數據價值,非走不可的一條路!

邊緣 AI 的實戰魅力:從工廠到倉儲,再到你的工作桌

知道要把 AI 算力搬到邊緣了,接下來的問題就是─邊緣 AI 究竟強在哪裡呢?它強就強在能夠做到「深度感知(Deep Perception)」!

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所謂深度感知,並非僅僅是對數據進行簡單的加加減減,而是透過如深度神經網路這類複雜的 AI 模型,從原始數據裡面,去「理解」出更高層次、更具意義的資訊。

研華科技為例,旗下已有多項邊緣 AI 的實戰應用。以工業瑕疵檢測為例,利用物件偵測模型,快速將工業產品中的瑕疵挑出來,而且由於 AI 模型可以使用同一套參數去檢測,因此品管上能達到一致性,減少人為疏漏。尤其在高產能工廠中,檢測速度必須快、狠、準。研華這套 AI 系統每分鐘最高可處理 8,000 件產品,替工廠節省大量人力,同時確保品質穩定。這樣的效能來自於一台僅有膠囊咖啡機大小的邊緣設備—IPC-240。

這樣的效能來自於一台僅有膠囊咖啡機大小的邊緣設備—IPC-240。/ 圖片提供:研華科技

此外,在智慧倉儲場域,研華與威剛合作,研華與威剛聯手合作,在 MIC-732AO 伺服器上搭載輝達的 Nova Orin 開發平台,打造倉儲系統的 AMR(Autonomous Mobile Robot) 自走車。這跟過去在倉儲系統中使用的自動導引車 AGV 技術不一樣,AMR 不需要事先規劃好路線,靠著感測器偵測,就能輕鬆避開障礙物,識別路線,並且將貨物載到指定地點存放。

當然,還有語言模型的應用。例如結合檢索增強生成 ( RAG ) 跟上下文學習 ( in-context learning ),除了可以做備忘錄跟排程規劃以外,還能將實務上碰到的問題記錄下來,等到之後碰到類似的問題時,就能詢問 AI 並得到解答。

你或許會問,那為什麼不直接使用 ChatGPT 就好了?其實,對許多企業來說,內部資料往往具有高度機密性與商業價值,有些場域甚至連手機都禁止員工帶入,自然無法將資料上傳雲端。對於重視資安,又希望運用 AI 提升效率的企業與工廠而言,自行部署大型語言模型(self-hosted LLM)才是理想選擇。而這樣的應用,並不需要龐大的設備。研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,體積僅如後背包大小,卻能輕鬆支援語言模型的運作,實現高效又安全的 AI 解決方案。

但問題也接著浮現:要在這麼小的設備上跑大型 AI 模型,會不會太吃資源?這正是目前 AI 領域最前沿、最火熱的研究方向之一:如何幫 AI 模型進行「科學瘦身」,又不減智慧。接下來,我們就來看看科學家是怎麼幫 AI 減重的。

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語言模型瘦身術之一:量化(Quantization)—用更精簡的數位方式來表示知識

當硬體資源有限,大模型卻越來越龐大,「幫模型減肥」就成了邊緣 AI 的重要課題。這其實跟圖片壓縮有點像:有些畫面細節我們肉眼根本看不出來,刪掉也不影響整體感覺,卻能大幅減少檔案大小。

模型量化的原理也是如此,只不過對象是模型裡面的參數。這些參數原先通常都是以「浮點數」表示,什麼是浮點數?其實就是你我都熟知的小數。舉例來說,圓周率是個無窮不循環小數,唸下去就會是3.141592653…但實際運算時,我們常常用 3.14 或甚至直接用 3,也能得到夠用的結果。降低模型參數中浮點數的精度就是這個意思! 

然而,量化並不是那麼容易的事情。而且實際上,降低精度多少還是會影響到模型表現的。因此在設計時,工程師會精密調整,確保效能在可接受範圍內,達成「瘦身不減智」的目標。

當硬體資源有限,大模型卻越來越龐大,「幫模型減肥」就成了邊緣 AI 的重要課題。/ 圖片來源:MotionArray

模型剪枝(Model Pruning)—基於重要性的結構精簡

建立一個 AI 模型,其實就是在搭建一整套類神經網路系統,並訓練類神經元中彼此關聯的參數。然而,在這麼多參數中,總會有一些參數明明佔了一個位置,卻對整體模型沒有貢獻。既然如此,不如果斷將這些「冗餘」移除。

這就像種植作物的時候,總會雜草叢生,但這些雜草並不是我們想要的作物,這時候我們就會動手清理雜草。在語言模型中也會有這樣的雜草存在,而動手去清理這些不需要的連結參數或神經元的技術,就稱為 AI 模型的模型剪枝(Model Pruning)。

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模型剪枝的效果,大概能把100變成70這樣的程度,說多也不是太多。雖然這樣的縮減對於提升效率已具幫助,但若我們要的是一個更小幾個數量級的模型,僅靠剪枝仍不足以應對。最後還是需要從源頭著手,採取更治本的方法:一開始就打造一個很小的模型,並讓它去學習大模型的知識。這項技術被稱為「知識蒸餾」,是目前 AI 模型壓縮領域中最具潛力的方法之一。

知識蒸餾(Knowledge Distillation)—讓小模型學習大師的「精髓」

想像一下,一位經驗豐富、見多識廣的老師傅,就是那個龐大而強悍的 AI 模型。現在,他要培養一位年輕學徒—小型 AI 模型。與其只是告訴小型模型正確答案,老師傅 (大模型) 會更直接傳授他做判斷時的「思考過程」跟「眉角」,例如「為什麼我會這樣想?」、「其他選項的可能性有多少?」。這樣一來,小小的學徒模型,用它有限的「腦容量」,也能學到老師傅的「智慧精髓」,表現就能大幅提升!這是一種很高級的訓練技巧,跟遷移學習有關。

舉個例子,當大型語言模型在收到「晚餐:鳳梨」這組輸入時,它下一個會接的詞語跟機率分別為「炒飯:50%,蝦球:30%,披薩:15%,汁:5%」。在知識蒸餾的過程中,它可以把這套機率表一起教給小語言模型,讓小語言模型不必透過自己訓練,也能輕鬆得到這個推理過程。如今,許多高效的小型語言模型正是透過這項技術訓練而成,讓我們得以在資源有限的邊緣設備上,也能部署愈來愈強大的小模型 AI。

但是!即使模型經過了這些科學方法的優化,變得比較「苗條」了,要真正在邊緣環境中處理如潮水般湧現的資料,並且高速、即時、穩定地運作,仍然需要一個夠強的「引擎」來驅動它們。也就是說,要把這些經過科學千錘百鍊、但依然需要大量計算的 AI 模型,真正放到邊緣的現場去發揮作用,就需要一個強大的「硬體平台」來承載。

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邊緣 AI 的強心臟:SKY-602E3 的三大關鍵

像研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,就是扮演「邊緣 AI 引擎」的關鍵角色!那麼,它到底厲害在哪?

一、核心算力
它最多可安裝 4 張雙寬度 GPU 顯示卡。為什麼 GPU 這麼重要?因為 GPU 的設計,天生就擅長做「平行計算」,這正好就是 AI 模型裡面那種海量數學運算最需要的!

你想想看,那麼多數據要同時處理,就像要請一大堆人同時算數學一樣,GPU 就是那個最有效率的工具人!而且,有多張 GPU,代表可以同時跑更多不同的 AI 任務,或者處理更大流量的數據。這是確保那些科學研究成果,在邊緣能真正「跑起來」、「跑得快」、而且「能同時做更多事」的物理基礎!

二、工程適應性——塔式設計。
邊緣環境通常不是那種恆溫恆濕的標準機房,有時是在工廠角落、辦公室一隅、或某個研究實驗室。這種塔式的機箱設計,體積相對緊湊,散熱空間也比較好(這對高功耗的 GPU 很重要!),部署起來比傳統機架式伺服器更有彈性。這就是把高性能計算,進行「工程化」,讓它能適應台灣多樣化的邊緣應用場景。

三、可靠性
SKY-602E3 用的是伺服器等級的主機板、ECC 糾錯記憶體、還有備援電源供應器等等。這些聽起來很硬的規格,背後代表的是嚴謹的工程可靠性設計。畢竟在邊緣現場,系統穩定壓倒一切!你總不希望 AI 分析跑到一半就掛掉吧?這些設計確保了部署在現場的 AI 系統,能夠長時間、穩定地運作,把實驗室裡的科學成果,可靠地轉化成實際的應用價值。

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研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,體積僅如後背包大小,卻能輕鬆支援語言模型的運作,實現高效又安全的 AI 解決方案。/ 圖片提供:研華科技

台灣製造 × 在地智慧:打造專屬的邊緣 AI 解決方案

研華科技攜手八維智能,能幫助企業或機構提供客製化的AI解決方案。他們的技術能力涵蓋了自然語言處理、電腦視覺、預測性大數據分析、全端軟體開發與部署,及AI軟硬體整合。

無論是大小型語言模型的微調、工業瑕疵檢測的模型訓練、大數據分析,還是其他 AI 相關的服務,都能交給研華與八維智能來協助完成。他們甚至提供 GPU 與伺服器的租借服務,讓企業在啟動 AI 專案前,大幅降低前期投入門檻,靈活又實用。

台灣有著獨特的產業結構,從精密製造、城市交通管理,到因應高齡化社會的智慧醫療與公共安全,都是邊緣 AI 的理想應用場域。更重要的是,這些情境中許多關鍵資訊都具有高度的「時效性」。像是產線上的一處異常、道路上的突發狀況、醫療設備的即刻警示,這些都需要分秒必爭的即時回應。

如果我們還需要將數據送上雲端分析、再等待回傳結果,往往已經錯失最佳反應時機。這也是為什麼邊緣 AI,不只是一項技術創新,更是一條把尖端 AI 科學落地、真正發揮產業生產力與社會價值的關鍵路徑。讓數據在生成的那一刻、在事件發生的現場,就能被有效的「理解」與「利用」,是將數據垃圾變成數據黃金的賢者之石!

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豬隻器官移植新突破:CRISPR技術攻破了「豬內源病毒」的瑪利亞之牆!
寒波_96
・2017/10/11 ・2824字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 558 ・八年級

現代醫學研發出器官移植的技術,但是材料卻遠不足夠,等待捐贈器官的病患大排長龍,大多數人一生都等不到。人類是動物,器官是肉做的,其他動物也是,那麼何不借其他動物的器官一用?

「借」我的器官用?哼!圖/取自《Science》新聞〈CRISPR slices virus genes out of pigs, but will it make organ transplants to humans safer?

缺乏移植器官,借豬的一用

將其他生物的組織、器官,移植到人類身上,有個酷炫的名詞「Xenotransplantation」,翻譯作「異種器官移植」。豬是已知各種動物中,最適合作為人類器官的來源,然而要將豬的器官,如心臟移植進人體,仍有重重難關有待克服,目前還沒有成功案例。

異種器官移植至少有三大潛在問題。第一,免疫排斥。以豬舉例,儘管豬已經是最適合的移植對象,但畢竟人豬殊途;將豬的器官移植進人體後,人類免疫系統會將其視為外來者(也真的是外來者)攻打,導致手術失敗。第二,生理不相容。也就是豬的器官,無法在人體順利運轉。[1]

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靠著基因改造豬與藥物控制,以上兩個問題,都已達到相當程度的改善。而最近發表在《Science》期刊的論文,則是針對另一個問題,有了令人振奮的進展。異種器官移植的第三個潛在問題是:豬病毒感染。[2]

用 CRISPR-Cas9 成功消滅豬的內源反轉錄病毒,培育出基因改造豬,上了當期《Science》封面。圖/取自《Science》封面

住在基因組中的古老病毒

等等,這問題很好解決吧!假如豬帶有病毒,那麼只要讓等待供應器官的豬,從胚胎開始就養在無菌環境中,不就能避免牠們長大以後,將病毒傳染給人類嗎?

問題當然沒有這麼簡單,別誤會,這裡的「豬病毒」不是住在豬身體內的病毒,而是躲在豬的基因組中,以 DNA 序列方式存在的內源性反轉錄病毒(porcine endogenous retrovirus,縮寫為 PERV)。這些病毒就是豬本身的遺傳序列,不可能直接外加藥物消滅。

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事實上,人類跟豬一樣,基因組中也存在不少這類病毒。在人類的演化歷史上,基因組不斷更替,曾有許許多多外來的轉位子(transposon)插入我們祖先的 DNA 序列,也順便引進不少病毒,後來成為基因組的一部份。(人類基因組廣義看來,共超過 40% 是由各式轉位子所引進,來自病毒的只占相對比例,很低的一小部分)

經過長期的演化淘汰,能在基因組中留存下來的病毒,都成為「內源性」的病毒,屬於跟隨細胞正常複製程序的固定成員,絕大部分時候安份守己。我們的免疫系統,除了抵抗外來的入侵者以外,另一重要任務,正是防範這些原本的病毒遺傳物質,哪時候又掙脫枷鎖,跑出來作亂。

人的基因組中,有人的內源性反轉錄病毒,我們的遺傳與免疫體系可以壓制它們。豬的基因組中也有豬的內源病毒,它們在豬的體內受豬控制,當然對豬不成問題,然而,假如把豬的器官移植給人類,豬的病毒在陌生的人體環境中,很可能成為擺脫拘束器的殺人狂魔。(反過來說,把人類器官移植給豬,應該也會發生類似的事,不過此一狀況大概沒有機會上演)

將豬與人的細胞株共同培養,豬的 PERV 會轉移到人類的細胞株,而且愈久愈嚴重。圖/取自 ref 2

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豬的內源病毒會傳染給人

怎麼解決?既然病毒就是豬基因組的一部份,不可能以外加藥物處理,那麼只能直接編輯豬的基因組,先把 PERV 序列消滅。

不過,目前仍缺乏將豬器官移植給人的資訊,豬的病毒在人體作亂,想來儘管嚴重,卻純屬假說,真的值得大費周章去改造 DNA 培養基改豬嗎?新發表的論文,首先進行了一系列實驗,證實 PERV 的病毒危機並非危言聳聽。

豬的內源性反轉錄病毒可分為三種:PERV-A、PERV-B、PERV-C,在豬的基因組中合計有 62 個之多。將源自豬的 PK15 細胞株,與來自人類的 HEK293T 細胞株一起培養,過了很多代以後,人類細胞的基因組中也能偵測到 PERV(有 A 有 B,沒有 C),而且數目隨代數增加愈來愈多,證實 PERV 確實有能力由豬的細胞向人入侵。

將帶有 PERV 的人類細胞株,與未接觸過豬細胞株的人類細胞共同培養,PERV 能夠轉移到新的人類細胞。圖/取自 ref 2

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為了測試 PERV 在人體的轉移能力,實驗團隊接著將受到 PERV 感染的人類細胞株,與新的人類細胞株共同培養。結果是,即使從未接觸過豬的細胞,只要樣本中存在來自豬的 PERV,它仍然能傳播給新的人類細胞。

儘管以上只是非常簡單的體外測試,與免疫系統存在、複雜的人體環境大不相同,不過仍足以證明跨物種的豬病毒感染,是器官移植時不可忽視的風險。畢竟,移植時為了降低排斥反應,勢必會先用藥物抑制人體的免疫作用,這正是病毒轉移的良機。

用 CRISPR-Cas9 改造豬的胚胎纖維母細胞,消滅基因組上頭的一大堆 PERV,創造出不會表現 PERV 產物的改造豬細胞。圖/取自 ref 1

器官移植新希望-沒有內源病毒的豬寶寶

靠著近來當紅的基因編輯工具 CRISPR-Cas9,研究團隊之前已經成功消滅過豬細胞株的 PERV 序列 [3]。不過,假如目的是器官移植,那麼就要改造豬的初級胚胎纖維母細胞(primary procine fetal fibroblast,這邊用的型號稱作 FFF3),才能培育長大後用於移植的個體。

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FFF3 細胞的基因組上,共有 25 處活躍的 PERV,都是需要以 Cas9 精準打擊、根除的目標。兩款 gRNA 被用於導引 Cas9 前往攻擊,然而初步結果顯示,戰況非常慘烈;看起來,大規模同時攻擊基因組上的許多部位,會使得自我毀滅機制啟動,細胞被改造成功,然後它就死掉了。

把經改造後失去 PERV 感染性的胚胎細胞,植入孕母母豬,生下沒有 PERV,有望用於器官移植的小豬。圖/取自 ref 1

像最後一戰(Halo)士官長般如此強悍,經歷全身改造後仍活跳跳的細胞,畢竟極為少數。為了克服此一問題,研究者調配了「雞尾酒」一起餵食細胞,也就是在基因改造同時,再加上p53 inhibitor、pifithrin alpha (PFTa)、basic fibroblast growth factor (bFGF),讓受到劇烈衝擊的細胞能繼續活著,不要想不開自殺。

修正後的作法非常成功,研究團隊終於獲得基因組不含 PERV 的乾淨 FFF3。靠著千辛萬苦後得到的細胞,如今已經培育出 15 位不會表現 PERV 的健康小豬寶寶,直到論文發表之際,最老的已長到 4 個月大。

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將豬的器官移植給人,目前離那一天仍為時尚早。不過這回的基因改造豬仍是又一大突破,讓我們離目標更進一步,也讓學界有了更多信心。[4]另一方面論文也指出,採用 CRISPR-Cas9 進行基因改造的同時,搭配這回的反自殺雞尾酒配方,能十分有效地強化編輯效率,增加成功率,未來或許有很寬廣的發展空間。

參考文獻

  1. Advances in organ transplant from pigs

  2. Niu, D., Wei, H. J., Lin, L., George, H., Wang, T., Lee, I. H., … & Lesha, E. (2017). Inactivation of porcine endogenous retrovirus in pigs using CRISPR-Cas9. Science, 357(6357), 1303-1307.

  3. Yang, L., Güell, M., Niu, D., George, H., Lesha, E., Grishin, D., … & Cortazio, R. (2015). Genome-wide inactivation of porcine endogenous retroviruses (PERVs). Science, 350(6264), 1101-1104.4.
  4. Scientists grow bullish on pig-to-human transplants

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

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寒波_96
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生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。