操控基因的工具就在手邊：CRISPR基因編輯工具將帶來怎樣的未來？──《基因編輯大革命》

2018/10/18 |

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編按：CRISPR技術的誕生，讓人類有機會隨心所欲編輯基因體，這項技術將替我們帶來怎樣的未來？在這樣的未來中，又有哪些挑戰與爭議等著我們去克服？泛科學本月選書《基因編輯革命》除了簡介 CRISPR 技術的前因後果，作者珍妮佛・道納更嘗試借本書揭開關於此項重大技術的爭端與討論。

人類從未如今日主宰了生物世界

數十億年來，生命的發展基本上依循達爾文的演化論：

生物體透過一連串的隨機遺傳變異而發展，當中有些變異賦予生物生存、競爭和繁殖上的優勢。

到目前為止，人類這個物種也受到這種過程的塑造。一萬年前農業活動出現時，人類開始對動植物進行選擇育種，產生一股推動演化的力量，不過演化的初始材料，也就是構成遺傳變異的隨機 DNA 突變，仍然來自於自發的隨機過程。人類這個物種改變自然的力量僅止與此，只取得有限的成功。

今日的世界則徹底改觀，不能再與過去同日而語。科學家成功掌握上述原始過程，完全將其轉化成由人類來控制的局面。利用強大的生物技術工具來修復活細胞內的 DNA，科學家現在可以操縱並合理修改定義地球上每個物種的遺傳密碼，包括我們自己的在內。

圖／Wikimedia Commons

在種種基因工程工具中，最新且堪稱最有效的，便是 CRISPR-Cas9（簡稱 CRISPR）。生物包含的所有DNA，包括所有基因，稱為基因體，CRISPR 這項技術幾乎可以編輯生物體的整個基因體，而且就像編輯文章的一個小段落那樣容易。

只要知道特定表徵的遺傳密碼，科學家就可以利用 CRISPR 技術，在幾乎任何動植物的基因體中，進行插入、編輯或刪除相關基因的操作。這個過程比現有的其他基因操作技術要簡單得多，而且更為有效。這是一個革命性的時代，其可能性只受到我們集體想像力的限制。

改造動物與植物

動物界是這項基因編輯新工具最早大展身手的地方，也可說是迄今為止這項技術最大的實證場域。比方說，科學家利用 CRISPR 編輯山羊的基因體，使其生長出更多的肌肉（也就是產生更多的肉）和更長的毛（意味著產生更多的喀什米爾羊絨纖維）。甚至有遺傳學家使用 CRISPR，讓亞洲象的 DNA 變成接近長毛猛象的 DNA，希望有一天能使這種滅絕的巨獸死而復生。

與此同時，CRISPR 也進入植物界，廣泛應用在作物基因體的編輯上，為農業進展開創一條新路，可望大幅改善世人的飲食營養，確保世界糧食安全。基因編輯實驗已經產生了抗病稻米、成熟速度緩慢的番茄、具有更多健康的多元不飽和脂肪酸的大豆，以及神經毒素（含量較低）的馬鈴薯。食品科學家目前正在直接改變生物體自身 DNA 密碼中的幾個字母，微調其遺傳特徵，達到改良的目的；而不是以基因轉殖技術，將一物種的 DNA 剪接到另一物種的基因體中。

消滅人類的疾病

儘管在全球動植物上的這些應用令人興奮不已，然而基因編輯技術對我們這個物種的影響，才是真正備受矚目的焦點。

嗚嗚，這才不是說好的「人源化」。圖／imdb

在最近的實驗中，已經利用CRISPR 來將豬的 DNA「人源化」（也就是讓豬的 DNA 更接近人類的 DNA），未來可望將這些動物轉變成人體器官的捐贈者。CRISPR 也進入到新的蚊子品系中，在一項將新表徵快速傳到野生蚊子族群的計畫理，動用到這項技術來處理蚊子的基因體。科學家希望最終能夠消除蚊子傳播的疾病，如瘧疾和茲卡病毒感染症等，甚至是消滅那些攜帶病原的病媒蚊。

在許多疾病的治療上，CRISPR 有直接在人類患者身上編輯和修復突變基因的潛力。在實驗室培養的人類細胞中，已可用這種基因編輯新技術來修正由基因突變造成的種種疾病，如囊腫纖維症、鐮形血球貧血症、和嚴重複合型免疫缺乏症等。CRISPR 得以讓科學家在構成人類基因體的三十二億個DNA密碼中，尋找並修復不正確的單一密碼，而且還可以用於進行更複雜的修改。研究人員可以只移除突變基因的受損區域，完全沒有碰觸到基因其他部分，就能治療因為 DNA 錯誤而引起的杜顯肌肉萎縮症。

圖／publicdomainpictures

基因編輯的治療用途，正在不斷擴充。由於CRISPR技術能夠精確，並且相對直接的編輯DNA，這無異是將過去無法治療的每種遺傳疾病轉化成可治療的目標，至少在那些我們確知是由基因突變造成的疾病可以如此應用。

編輯下一代的DNA？

此外，一旦我們具備有能夠將胚胎的突變基因轉化為「正常」基因的技術，肯定會有人想要將正常基因再升級為所謂的「超級」基因。我們應該要編輯未出世的孩子的基因，來降低他們日後罹患阿茲海默症、糖尿病或癌症的機率嗎？那麼加強未出世的孩子的有益特質，例如更有力量、增強認知能力，或是改變身體特徵，好比說眼睛和頭髮的顏色呢？在人類基因的操縱上，要在哪裡定出底線，這是基因編輯技術讓我們不得不面對的棘手議題。

訂製嬰兒在現在或許不再是遙不可及的空談，但這引來激烈的討論。圖／pexels

最大的癥結點是，現代人類存在的近十萬年來，智人的基因體一直僅受到隨機突變和天擇這兩股力量所塑造。如今，人類首次擁有編輯每一個個體的DNA的能力，不僅是現存的族群，還可以編輯下一代的DNA，基本上可說是達到控制我們這個物種演化的程度。

這麼重大的技術，必須開啟各方討論

2012 年，我和其他科學家一起發表了一篇奠定 CRISPR 基因編輯技術的研究報告，從此控制人類物種演化的想法，就在我腦海中徘徊不去。

基因編輯猴都有了，那麼人體試驗的時日還有多遠？圖／Alexas_Fotos@pixabay

當科學家把 CRISPR 技術運用在靈長類動物胚胎上，來創造第一隻基因編輯猴時，我自問，距離那些離經叛道的科學家嘗試人體試驗的時日還會有多遠。

過去，我傾向將這些討論留給真正具備生物倫理學背景的人，自己專心留在有趣的 CRISPR 生化研究上。但身為開發此一領域的一份子，我深覺有責任協助引導關於這些技術應用的對談，討論其應用的可能性與限制。

最重要的是，我想要確保這些討論不僅是在研究人員和生物倫理學家進行，還得擴及到社會科學家、政策決策者、宗教領袖，監督機構和公眾等種種利益相關者。鑑於此項科學發展足以影響到全人類，似乎有必要廣納社會各界的聲音。更重要的是，我覺得在進一步應用這項技術前，應當即刻展開對話。

關於這項技術，仍有許多未竟之處需要詳加研討。圖／pxhere

因此，在 2015 年，當我一邊在柏克萊運作自己的實驗室，並且在世界各地參加學術界的各項討論會和研討會時，也開始花更多的時間回覆對我來說全然陌生的主題。我回答了記者的種種提問，從設計嬰兒、人豬雜交，到以基因工程打造「超人」的想法。我向加州州長、白宮科技政策辦公室，乃至於中央情報局簡介紹何謂 CRISPR，甚至到美國國會的會議廳中講解這一切。

我籌劃了首次針對基因編輯技術，特別是 CRISPR 的倫理議題會議，討論這項在生殖生物學、人類遺傳學，到農業、環境和保健各領域愈來愈活躍的技術。那時我希望這場針對這項議題的首次會議能夠拋磚引玉，由此激發出更大型的國際高峰會，集結美國、英國、中國和世界各地的科學家，與其他領域的人士，一起來討論人類基因編輯的議題。