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改造基因預防愛滋,是否搞錯了些什麼?——賀建奎基因編輯嬰兒事件(下)

寒波_96
・2019/02/04 ・4478字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 563 ・九年級

CRISPR 到底是基因編輯,還是基因改造?

我們趁機更仔細地來了解 CRISPR 到底是什麼?有些人指稱賀建奎對胚胎做的是「基因編輯」,而「不是基因改造」,很明白這是錯的。你可以用 「為什麼用基因編輯預防愛滋,是很糟的主意?」稱呼這些實驗是基因編輯,但它們當然也都是基因改造。

這種認知似乎來自台灣某些人討論農業與法律時的用語,認為基因編輯意思是「不加入外源基因」。OMG!也許有些法律條文這樣定義,卻也讓大家產生了誤解。姑且不論我個人的認知,讓我們客觀的去討論編輯這個名詞,編輯的英文是「edit/editing」,各位讀者可以搜尋「genome editing」、「gene editing」、「DNA editing」等關鍵字,瞭解「編輯」一詞在國際上,這幾年來怎麼定義與使用。

例如這篇 2018 年的 review〈The CRISPR tool kit for genome editing and beyond〉,讀到第三段大概就能理解基因編輯簡單的發展歷史,以及國際上對「編輯」的定義1

我的認知中,用分子生物學的方式,人為改變遺傳序列,都算是廣義的基因改造 (modification)。近年 TALEN、Zinc finger,以及大家最熟悉的 CRISPR 問世以後,能夠比較精確地改變特定位置的 DNA 序列,所以又被稱作基因編輯 (editing),聽起來比基因改造厲害;相對地,無法針對特定目標的基因改造,例如用轉座子或病毒,攜帶 DNA 片段插進基因組,就不適合叫作基因編輯。

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如果 CRISPR 只能改變原本的 DNA 序列,不能送進外源基因,它怎麼可能這麼萬用?如上文提及,CRISPR 有兩種改造策略,一種是直接改變,另一種是插入外來序列。一個很簡單的概念,在各國大量文字記錄中,一般提到 CRISPR,不管哪種作法,都是以編輯描述。假如基因編輯的定義限制是不能插入外來基因,現已發表的眾多論文、新聞都要更正用詞,或是全世界各科學家要召集會議,重新定義了。

而這次各界之所以使用「基因編輯」描述基改寶寶事件,主因是由於賀建奎以 CRISPR 改造基因,和有沒有外源基因卻是一點關係都沒有。更別提極端的觀點:加州大學戴維斯分校的 Paul Knoepfler 在 Nature 森77的投書,賀建奎對胚胎的基因改造根本不算是精準修改,沒資格使用基因編輯之名2 (強者我朋友 os:「這個人好無聊啊,別人都在擔心 impact,他在擔心用詞」)。

名詞的定義與內涵會不斷改變,但是至少在最近幾年,基因編輯都不等於改造後沒有外源基因。法律用詞是一回事,而科學界的常用內涵則是另一個領域,希望看到本文的讀者,可以更加明白 CRISPR 基因改造的概念。

不過,與賀建奎帶來的負面影響相比,他的行為叫作基因改造或是基因編輯真的只是小事。大家都沒錯,比碩士生還不如的賀建奎才是錯的!

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改造人類基因預防傳染病?毫無演化常識

改造生殖細胞,即使不能做,但不是不能討論。比方說,技術進步到一個境界以後,能不能修改胚胎基因,「治癒」病因明確的遺傳疾病呢?這是可以談論,也是遺傳學家遲早會面臨的問題。

但是賀建奎不但做了還做失敗,這個人最天才的就是,既使隨便找個名目做人體實驗,他卻不選遺傳疾病,而是選擇傳染病,甚至美其名為「愛滋疫苗」,嚇死寶寶了!

防治愛滋。圖/取自 123RF

賀建奎似乎真的不懂愛滋、不懂疫苗,也毫無演化常識。我們基因改造抗病蟲害的農產品與動物,多數是要用來吃或實際上的使用,長大就殺來吃了。(神隱少女的台詞默默出現)。

但用在人身上就很不同,以現在常態來看,大多數的人都可以活到七、八十歲,但病原體在轉瞬之間就能迅速演化。

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同一款殺蟲劑使用幾年以後,可能就被害蟲適應了;就算人類出生時不會被感染,1、20 年後呢?一個人如果活到 70 歲,恐怕不到 30 歲時,出生時的基因改造已經被不斷突變的病原體破解了。這是為什麼體細胞的基因療法很有價值,生殖細胞不適合的一個原因。

網路上有替賀建奎辯護的人,找來一大堆論文、資料,把他的實驗設計吹的天花亂墜,但事實卻是,從實驗開始的設計一直到失敗的結果看來,除了花了很多錢以外,賀建奎基因改造的結果,大多數同領域的碩士生也都辦得到。

跟病毒比突變,這個人一定瘋了啊!圖/取自 Science〈Extremely High Mutation Rate of a Hammerhead Viroid

至於 CCR5 基因被改的慘不忍睹的露露與娜娜,還有一招詭辯是,她們那些突變其實不是全新的,之前有論文報告過,有自然出生的人 CCR5 基因也配備那些突變,所以那都有天然存在,不會有危害。

要騙過敵人,就得先騙過自己人?要替毫無演化常識的人護航,可能得是毫無演化常識的人才能辦到。人類基因組上任何一個位置都能突變,但是很多地方一突變就活不下去,還有許多位置會影響生存與繁衍的機率。以配備一對 CCR5-Δ32,完全沒有原版 CCR5 基因的人來說,儘管能防禦某些愛滋病毒,要是感染西尼羅病毒、登革熱、黃熱病、流感病毒等疾病,卻會面臨更高風險3

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基因改造,就算沒有脫靶,非常精準,影響也是牽一髮而動全身。有生醫實驗經驗的人,即使沒學過演化,也應該知道有些突變的效果是條件性 (conditional),一般狀況下沒有影響,特定狀況下才會發生,例如缺少某個基因,常溫下沒事,高溫逆境下卻會死掉。也許某個人確實配備某一突變,那個人平時健康好像也沒什麼問題,這卻實在不該作為亂改基因的藉口。

基因改造人,為何選在中國誕生?

科學研究無法脫離社會脈絡,賀建奎能成功讓基因改造人誕生,與中國獨特的社會狀況或許有些相關。

賀建奎是在中國本土讀的大學,後來成為美國名校萊斯大學的博士,典型前途大好的年輕海龜。他和萊斯大學的指導教授 Michael Deem 關係應該很不錯,兩位沒有執行過任何臨床計劃的博士,一同成為人類基因改造計劃的合夥人,有酒食先生饌,多麼溫馨的師生美談啊4

萊斯大學一對師生 Michael Deem 與賀建奎,為中美合作史立下特殊的典範。圖/取自 ref 4

美國不能做的壞事,就到中國做!改造人露露與娜娜的降世並不簡單,偽造文書只是小事,張羅實驗經費、設備、材料,有金主應該也不是太困難,關鍵還是要找到精子、卵子,以及子宮。賀建奎在 2017 年 5 月聯繫北京的愛滋病公益組織「白樺林」,找到一批夫妻,男方是愛滋感染者,女方沒有感染,卻有生育障礙,作為他的新創事業孵化器5,6

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凡事都要代價。一對夫妻,男方提供精子、女方提供卵子,還要貢獻子宮懷胎十月,獲得被基因改造過,前途未卜的寶寶,付出這麼多能得到多少報酬?答案是,就只有改造人寶寶,還要按時回診檢查。

合約中提到 28 萬人民幣這個價碼(約 126 萬新台幣),我有朋友直覺反應是「竟然這種賤價就把小孩賣掉」,可惜誤會了。這 28 萬是幫夫妻做基因改造、試管嬰兒,再加上生小孩,評估的帳面醫療費用,父母實際上一毛錢都拿不到,中途要是退出或發生意外,還要退錢。這麼糟糕的條件,不但不能發大財,風險還很高,為什麼報名還那麼踴躍7

合約說明。圖/取自 ref 7

賀建奎科學專業不行,但是卻很有規劃,他充分運用中國法律、社會制度、愛滋患者的弱點:「在中國,愛滋病患者或家庭不允許做試管嬰兒手術,這些患者通常要去泰國;現在可以免費,她們很想嘗試」(所以賀建奎其實違反了不少中國法律)。還記得前文提到,實驗失敗卻仍然誕生的改造人露露嗎?賀建奎宣稱是露露的父母希望她出生,或許不是謊言,但是真相……

悲劇是這麼上演的。鬧劇是這麼上演的。

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科學界除了自律以外,只能期盼歲月靜好,現世安穩?

賀建奎的脫序演出,令人聯想到科學史上另一件大事:1975 年 2 月的第二次厄西勒瑪會議。當時重組 DNA 的技術全新問世,也帶來潛在的公眾信任危機,一群科學家與記者、律師、作家一同開會討論後,提出將實驗風險分級的四級管制。科學家成功展現自律,也贏得研究的自由8

CRISPR-Cas9 基因改造技術問世以來,學界與公眾的討論與擔憂,和 1970 年代頗有幾分神似。和當初不同的是,當年一群美國人關起門來吵出結論,大家照著遵守就能搞定大部分問題。如今學術界更加國際化,做壞事不但可以選擇管制鬆散的地點,出事還有撤退方案,以前做壞事會被封殺,現在卻能轉進到新的地方繼續當大師。

圖/ Nature〈CRISPR: Science can’t solve it

例如賀建奎雖然在中國執行計劃,卻明顯接受美國來的美援,甚至還有美國人前指導教授的參與,在美國不能做、不敢做的,通通改到中國實現(儘管在中國也是違法)。對於這種跨國犯規,不只少數單位,甚至不只一個國家面臨考驗,中國政府至今的回應還算公道,已經將賀建奎自任職的南方科技大學開除,並持續調查9

然而,賀建奎起了頭,而且昭告天下,中國社會有龐大的生小孩需求,可以讓有心人利用,這會誘惑多少人鋌而走險?賀建奎雖然實驗本身做得亂七八糟,還算有個樣子,他的跟風者卻不一定。用 CRISPR 改造基因非常容易,就算技術、知識很差的人也不難自行操作,假如這種人又不缺胚胎來源與受孕的母體,如此將誕生多少基因編輯成面目全非的寶寶?

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事情就這樣發生了,我們該怎麼面對?當科技脫離道德,在一個沒有自我約束的世界中,賀建奎之流何時將二度降臨?

生物科技與遺傳學的前途也許仍一片光明,過去每次危機也順利度過,希望未來也是如此,否則,也只能願使歲月靜好,現世安穩了。

延伸閱讀

參考文獻

  1. The CRISPR tool kit for genome editing and beyond(類似的回顧論文很多,隨便選一篇最近的)
  2. Gene editing: sloppy definitions mislead
  3. Baby gene edits could affect a range of traits
  4. Rice University investigates professor’s involvement in genomic editing of human embryos
  5. 內地艾滋公益團體“白樺林”為賀建奎實驗組織薦50人 倫理委員會和倫理審批仍然是謎
  6. 艾滋病公益组织“白桦林”: 曾被“吹风”两女婴将出生 (白樺林負責人訪問,非常值得一讀)
  7. 基因编辑婴儿同意书曝光:感染艾滋和脱靶均不负责
  8. Human genome editing: ask whether, not how
  9. CRISPR-baby scientist fired by university

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》。

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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人類有可能扮演上帝嗎?喬治.丘奇的基因科學之夢(下)——《未來的造物者》
臉譜出版_96
・2023/11/13 ・4303字 ・閱讀時間約 8 分鐘

人類改良

二○一三年,「去滅絕」觀念在集結分子生物學者、環保主義者與記者的 TED x 去滅絕研討會上廣受接納,與會者討論了讓長毛象、袋狼(Tasmanian tiger)等物種起死回生的可能性。布蘭特在會上發表了一場引人深思的演說,論及生物多樣性的喪失,以及利用丘奇的科技再次賦予滅絕動物生命的機會。他藉著研討會與 TED 平臺推出「基因重現及復原計畫」(Revive and Restore),旨在調查生物滅絕的原因、保存生物學與遺傳上的多樣性,並且應用生物科技修復我們的生態系統。

布蘭特的 TED 演講大受好評,同時卻也令許多人又驚又怒,一些科學家、環保主義者聽到布蘭特想讓滅絕已久的生物死而復生,不禁感到十分驚恐。這可不僅是複製現存的動物那麼簡單——也不是在複製曾經生存在地球上的動物——而是模糊了現存與滅絕動物之間原本分明的壁壘。況且,丘奇也表明自己不僅對長毛象與鴿子感興趣,還想拿尼安德塔人(Neanderthal)的 DNA 來做實驗——他不僅想復活其他動物,甚至想改良人類。

尼安德塔人。圖/wikimedia

你也許和過去的科學家一樣,認為尼安德塔人是原始的次人類物種,基本上就是粗獷、野蠻版的人類。不過從近期的研究看來,尼安德塔人其實十分聰明,他們不僅建造了有組織的文明,以物種而言也十分成功,存活了二十五萬年。(作為對比,研究者認為最古老的智人〔Homo sapiens〕生存於三十萬年前的地球。)尼安德塔人的身體能有效保溫,因此能在嚴酷的環境生存,而且他們非常強壯——這部分倒是符合人們對他們的刻板印象——卻也擁有良好的精細肌動技能(fine motor skills),能夠做到精細的動作。若製作智人與尼安德塔人(Homo neanderthalensis)的雜交種,或許就能創造較健壯的人類物種,這種新尼安德塔人可能可以面對現代的氣候變遷難題與極端天氣事件,也比較有可能在遷徙至全新環境時存活下來。

目前已經有人定序歐洲與亞洲出土的幾組尼安德塔人化石基因體,接下來科學家便能小片段分析與合成此基因體,在人類幹細胞中拼組出正確的尼安德塔人 DNA 序列,如此一來,理論上就能做出尼安德塔人複製體了。我們來聽聽丘奇的說明吧:

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你會先從成年人類的幹細胞基因體著手,逐步反向操作回推至尼安德塔人基因體,或者是合理程度上相近的基因體。這些幹細胞可以生產組織與細胞。假如未來社會接受複製動物的觀念,也重視真正的人類多樣性,那甚至能將完整的尼安德塔人複製出來。

出生於現代的尼安德塔人當然會面臨許多挑戰,舉例而言,典型的西方人飲食多為乳製品、精緻穀物製品與加工食品,即使是鐵胃的尼安德塔人可能也無法消化塔可鐘(Taco Bell)的起司玉米片多力多滋瘋狂塔可餅——你如果沒吃過,可以把它想像為多力多滋做成的塔可餅,裡頭包著調味過的廉價絞肉與抗結劑做成的切達起司混合物。尼安德塔人再怎麼健壯,兩份塔可餅下肚後,他們——還有他們的史前消化系統——想必也會舉旗投降。

塔可鐘的起司玉米片多力多滋瘋狂塔可餅。圖/Taco Bell

你或許認為復活尼安德塔人這種想法糟糕至極,那如果我們單純借用幾段尼安德塔人基因,稍微修改人類自己的身體呢?你想想看,尼安德塔人可是沒有乳糜瀉(celiac disease)這種疾病,不會像現代一些人一樣對麩質過敏而導致身體疼痛。他們的免疫反應與我們不同,研究者也許能藉助尼安德塔人免疫系統,找出根治類風溼關節炎(rheumatoid arthritis)、多發性硬化症(multiple sclerosis)與克隆氏症(Crohn’s disease)等自體免疫疾病的方法。此外,尼安德塔人的骨骼非常堅硬,我們也許能借用骨骼密度相關的基因,用以治療數億女性在逐漸老化時不得不面對的骨質疏鬆問題。

***

你也許會覺得混合尼安德塔人與智人基因並讓代理孕母生下這樣的融合生物,聽起來完全就是恐怖片或反烏托邦科幻小說的劇情——沒錯,許多虛構作品的確探討了類似的議題,而在大部分故事中,人類試圖改變上帝偉大的計畫時,往往會招致災難。這類作品包括:H.G.威爾斯(H. G. Wells)的《攔截人魔島》(The Island of Dr. Moreau,一八九六)、阿道斯.赫胥黎(Aldous Huxley)的《美麗新世界》(Brave New World,一九三一)、法蘭克.赫伯特(Frank Herbert)的《沙丘》(Dune,一九六五)、娥蘇拉.勒瑰恩(Ursula Le Guin)的《黑暗的左手》(The Left Hand of Darkness,一九六九)、南希.克雷斯(Nancy Kress)的《西班牙乞丐》(Beggars in Spain,一九九一),以及理查.摩根(Richard Morgan)的《碳變》(Altered Carbon,二○○二)。這同時也是《星艦迷航記》(Star Trek)與漫威(Marvel)X戰警(X-Men)系列頻頻討論的議題,後者的反派角色萬磁王(Magneto)甚至打算「讓智人臣服於變種人!」。

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綜觀歷史,無論是科學或社會都不樂見任何人扮演上帝,甚至是談論扮演上帝相關的議題。瑪麗.雪萊僅僅是撰寫了關於怪物的故事——並不是創造出真正的怪物——就因為故事太具顛覆性而不敢以本名出版作品,以免政府剝奪她扶養孩子的權利。

桃莉羊被複製出來時引起許多恐慌。圖/giphy

桃莉羊成功複製出來時,全球各地無數人召開了緊急會議與記者會,幾乎無人注意到桃莉羊計畫明文道出的宗旨:增進我們對生物發育過程中細胞變化的瞭解。人們迅速做出了極端負面的反應,密蘇里大學聖路易斯分校(University of Missouri in St. Louis)醫學倫理學者隆納.孟松(Ronald Munson)博士對《紐約時報》表示:「精靈已經從神燈裡放出來了。」他接著質問道:下一步會是什麼,難道要用十字架上的一滴血把耶穌基督也複製出來?波士頓大學(Boston University)公共衛生學院公衛法律系主任喬治.安納斯(George Annas)教授也對生物學與遺傳學界表示譴責。「正確的反應該是驚恐才對。」他說道,並聲稱按邏輯推演,下一步想必就是複製人類了。「父母並沒有權利收集孩子的細胞,做出那個孩子的複製品。大眾對於複製人的反對聲浪是對的。」蘇格蘭教會甚至正式頒布教令,要求聯合國通過具約束力的禁令,禁止複製生物行為。該教會引用《舊約》的《耶利米書》(Jeremiah)1:4-5,表明人類不可取代上帝:「耶和華……〔說〕:『我未將你造在腹中,我已曉得你;你未出母胎,我已分別你為聖。』」美國總統比爾.柯林頓特地舉辦一場活動並安排電視轉播,在活動上宣布禁止聯邦政府提供經費給任何複製人類相關的研究計畫。

CNN與《時代》(Time)雜誌在一九九七年三月一日發表的調查結果顯示,多數美國人突然對核轉置技術——生物複製技術之一——產生了明確的意見。現在說來你也許會覺得難以置信,不過在桃莉羊誕生前,那些人大多從未花心思想過複製生物議題,也從沒思考過核轉置技術相關的問題。那份調查中,三分之一填答者表示他們為桃莉羊的存在深感不安,甚至願意參加反對生物複製的公眾示威與抗議。在桃莉羊問世將近二十五年後的今日,我們獲得了重要的知識、新生物科技,以及對生命運作模式更廣泛的理解。地球可還沒被惡魔複製羊攻占呢。多虧了桃莉羊,科學家開始複製成人的幹細胞,進而創造出人工「誘導性多功能幹細胞」(induced pluripotent stem cell,iPSC),並將之用於醫學研究。有了 iPSC 之後,利用胚胎做研究的需求減少了,多少消弭了胚胎研究多年來引起的倫理疑慮。研究者能用 iPSC 研究老化過程——並且首次將成年細胞再程序化,表現出年輕細胞的特性。這類研究開啟了新一道大門:人類也許能使用各種幹細胞療法治療疾病,畢竟解藥若出自病人自身的遺傳密碼,那就不可能受免疫系統排斥了。今天已經有許多再生醫學療法可用以治療血液相關疾病,其中包括白血病、淋巴癌(lymphoma)與多發性骨髓瘤(multiple myeloma),以及心衰竭等其他退行性疾病。

研究者能用 iPSC 研究老化過程——並且首次將成年細胞再程序化,表現出年輕細胞的特性。圖/giphy

要改變人們的信念與觀感往往要花費大量時間,而這也無可厚非——我們畢竟受數百年的著作與根深柢固的社會價值觀影響。科學家經常在無預警的情況下發表驚天動地的新發現,當我們面對這些挑戰現存思想的新聞時,自然會感到震驚、疑惑,甚至是焦慮,而有時連科學界內部人士也會感到不安。當丘奇的生物去滅絕想法廣泛傳開後,《科學人》(Scientific American)的編審委員會在二○一三年寫了一篇帶諷刺意味的譴責文章,主要論點是丘奇花在這份實驗性技術上的金錢,應該用在傳統保育行動上才對。丘奇自己也在《科學人》發表一篇文章反駁他們,在文中鎮定地說明讓滅絕生物復活的目的,並表示自己的計畫不是為了製作「絕種生物的完美活體複製品,也不是為了成為實驗室或動物園裡一次性的展演」。他解釋道,他的研究重點是探討我們能對現存生態系統做出的調整,以確保在人為環境變遷過後,人類仍能存活下去。

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截至二○二○年十二月,丘奇與他的哈佛研究團隊已逐步逼近他們複製長毛象的「巨大」目標了。亞洲象的基因體和長毛象約有百分之九十九.九六相似,然而剩下那百分之○.○四加總起來卻等同DNA序列當中的一百四十萬處差異。這些差異大多無關緊要,不過在我們寫這本書的目前為止,丘奇團隊已辨識出一千六百四十二段重要的不相似基因,仍須持續做研究才有可能複製出長毛象。團隊還在努力逐一設計、測試與微調他們在實驗室裡培養的細胞,希望能製作出正確的基因序列,讓類似長毛象的亞洲象得以存活下來。他們希望能用長毛象與亞洲象相似的基因作為基底,只不過這頭大象會擁有長毛象濃密的毛髮、適應嚴寒氣候的血紅素、積存多層脂肪的能力,以及其他優點,例如可讓鈉離子通透的細胞膜,這對長毛象適應冬季嚴苛環境大有幫助。在調整出正確的特性組合之後,研究團隊便能將這些改良版皮膚細胞注入幹細胞,做出活生生的(有點長毛的)長毛象。丘奇與德州企業家班恩.拉姆(Ben Lamm)在二○二一年九月成立了巨大公司(Colossal),專門支援他們的長毛象研究計畫。

假使成功製造出長毛象,這些二十一世紀版的長毛象將會居住在新的家園裡——一個靈感起源於小說家麥克.克萊頓(Michael Crichton)作品的新家,只不過這地方不會取名為侏儸紀公園,而會以更新世為名。更新世公園(Pleistocene Park,沒錯,真的是這個名字)是位於西伯利亞的實驗區,許多原生物種在多年工業化衝擊過後,終於得以重返這個自然保護區,在此再野化(rewild)的物種包括雅庫特馬、加拿大馬鹿、美洲野牛、犛牛等動物。若將修改版長毛象野放於此,就能看出大動物踩踏雪地與永凍土是否能改善氣候問題了。

——本文摘自《未來的造物者》,2023 年 11 月,臉譜出版,未經同意請勿轉載。

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胚胎發育必不可少的兩位舞者:胚胎幹細胞與滋養層幹細胞——《生命之舞》
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・2023/10/22 ・2668字 ・閱讀時間約 5 分鐘

細胞工程如何進行?

如果我們真的要進行細胞工程的話,我們就得要以孩童拼樂高積木的方式,一次一個地將細胞組合成胚胎。但我們並沒有經由口吸管的方式(請參考第五章)來這樣做,而是把一切都留給機率來決定。

我們在培養皿中混合了不同濃度的兩種細胞,並讓它們自由接觸。我們在第二天透過顯微鏡看到,有些細胞確實開始相互作用並形成結構。但為數不多,因為這取決於無法預測的機率。不過當胚胎幹細胞與滋養層幹細胞結合時,它們就會以驚人的方式進行自我建構,它們好像知道自己要做什麼,也有個目標。

胚胎發育過程經歷了什麼?

我們在實驗室暗房的顯微鏡下,看到許多胚胎發育的基本過程。我們首先看到細胞極化。接著幹細胞會自我建構,胚胎幹細胞會聚集在一端,而滋養層幹細胞則聚集在另一端。由於胚胎幹細胞衍生出的胚胎部分與滋養層幹細胞衍生出的胚外部分會進行對話,所以在每個細胞群中的空腔後續會打開並創造出三維的 8 字形。我們發現這涉及到一個名為 Nodal 的蛋白所傳送的訊號。這兩個空腔之後會融為一體,最終形成一個對胚胎發育至關重要的大型羊膜腔。這種體腔形成的過程似乎就跟真正胚胎在著床不久後會發生的情況一樣。我們看見了自我建構的驚人創舉。

不過,我們當然總是想要更進一步,讓合成胚胎中胚胎幹細胞所衍生部位裡的那些類胚胎細胞,能夠適當地打破對稱性。我們的意思是讓這些細胞設法進行原腸化,也就是提供未來身體體制基礎的關鍵步驟。
我們發現若是可以讓胚胎幹細胞與滋養層幹細胞結構再發育久一點,它們確實會打破對稱性。

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像 Brachyury 這類基因就會在胚胎與胚外部位之間開始表現,就跟真正胚胎的情況一樣。Brachyury 基因至關重要,因為它會影響中胚層的形成與前後軸線。 這個發現不但讓我的心跳差點停止,也讓實驗室中的每個人都大為驚奇。

這些類胚胎結構與正常胚胎結構非常相像,足以用於揭開在母體著床時期的某些發育謎團。很明顯地,胚胎幹細胞與滋養層幹細胞一同建造的結構所模擬出的胚胎形態與結構模式,要比只使用胚胎幹細胞要來得精確許多——這是更值得信賴的發育模型。

圖/unsplash

感覺起來,這兩種幹細胞就好像兩名舞者彼此都告訴對方,自己在胚胎中的所在位置。沒有這場雙人舞,正確形狀與形式的發育以及關鍵生物機制的適時運作就不會適當發生。我們也發現這個結構模式的發育,得仰賴 Wnt 與骨成形性蛋白質(bone morphogenetic protein, BMP)的訊號路徑,這與真正胚胎的發育情況一樣。

投稿論文的種種阻力與助力

我們將這篇論文投稿至《自然》。由於許多論文在初始階段就會被退回,所以我們知道編輯將稿子送去審閱時,士氣不由得為之一振。編輯們的知識淵博,經驗也豐富,能走到這一步就是一種重要的認可,所以我們有場小小的慶祝活動,因為即使是小小的成功也能做出改變。

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不過最終他們沒有接受我們的論文,除非得像一位審稿人要求的那樣,提供合成胚胎在自我建構時所用基因的詳細資料,以及這些基因的表現模式在自我建構的每個階段是如何變化的。這將會是一件大工程。然而這彷彿算不上是什麼壞消息,因為我的實驗室中並沒有技術可以研究這些基因所運用的轉變形態模式。我需要尋求經費來購買我負擔不起的設備,我們也需要找到合作夥伴。

我受邀到澳洲獵人谷為歐洲分子生物學組織大會進行講座。那時正值學校放假,所以我帶著賽門一起踏上這次的冒險旅途。我們在香港轉機,順便停留一天拜訪當時的行政長官梁振英,他是我最好的前博士生之一梁傳昕的父親。

圖/unsplash

我的演講是由小鼠發育生物學家譚秉亮(Patrick Tam)開場,我感到非常榮幸,因為我向來就對譚秉亮的研究極為崇拜。賽門與我加入譚秉亮與他太太伊莉莎白(Elizabeth)的行列,一起到雪梨的海邊走走,一路上譚秉亮告訴我有關他與上海生命科學研究院景乃禾(Naihe Jing)的合作,景乃禾利用雷射切割胚胎,揭露了胚胎基因的表現模式。我非常幸運,因為在我回到劍橋不久後,景乃禾就到劍橋來拜訪,所以我能夠親自與他見上一面。我們同意一起合作揭開我們類胚胎結構中基因表現的模式。景乃禾團隊的貢獻將是我下一章故事的重心。那時我們才意識到,可能要花上一年的時間才有辧法確實做到這一點,而我也不確定我們是否願意為了讓《自然》的編輯滿意(或者還是不滿意,誰知道呢)而等這麼久。

那時,莎拉與柏娜已經累積了更多的數據,所以我們決定將研究結果投稿到我比較不熟悉的《科學》。事實證明這是正確的選擇。跟過往一樣,審稿人要求我們再多做一點實驗。但這次的要求還做得到,只是我們就得在 2016 年的聖誕節假期長時間的工作,以便在新學期開始前完成手稿。大衛也一起下來幫忙,他成為這篇論文的共同作者。

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為「類胚胎模型」命名也是一門大學問

命名很重要,因為「珠子」那個命名的前車之鑑,所以我們對於要怎麼為我們的類胚胎模型命名進行了漫長的討論。這些模型讓我們知道胚胎結構是如何從幹細胞自我建構而成,所以我們想要給它們取個特別的名字。但是我們最後沒有得到共識。

圖/imdb

《科學》的編輯不喜歡「合成」類胚胎結構這個名字。我在期中假期得知這個消息,那時我正與家人及朋友滑雪度假中,所以我請他們一起來想想其他的名字。這或許就是為何我們會想到「ETs」這個名字的原因之一。史蒂芬.史匹柏有部科幻電影講述到從異世界來的訪客,而從幹細胞自我建構出的第一個類胚胎結構似乎也帶給我們這樣的感受。不過這個 E 不是代表「另外(extra)」的意思,而 T 也不是「地球人(terrestrials)」的意思。E 代表的是胚胎幹細胞(ES),而 T 代表的則是滋養層細胞(TS)。

——本文摘自《生命之舞》,2023 年 9 月,出版,未經同意請勿轉載。

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