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看過這張腫瘤照嗎?經不起驗證的基改研究,成功用恐懼搏版面│科學家與媒體的橋樑(五)

台灣科技媒體中心_96
・2020/09/14 ・4447字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 569 ・九年級

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編按:充斥在新聞媒體或社群上的偽科學謠言,或似是而非的「新發現」,通常都以誇張聳動的標題吸引讀者的目光,並讓多數人深信不疑。誰能擔任這個破除迷思的角色,成為科學家與媒體傳播間的橋樑,為閱聽者導正視聽呢?這一系列文章,將介紹英國科學媒體中心(SMC)如何運作,打擊新聞上的偽科學、假訊息。

2012 年,法國的分子生物學家吉爾烈 ── 艾希.席哈理倪(Gilles-Eric Séralini)在《食品和化學毒理學》(Food and Chemical Toxicology)期刊上發表研究,其中宣稱,食用「耐年年春除草劑基因改造玉米」(以下簡稱 NK603 基改玉米)的大鼠,與對照組的大鼠相比,長出較多腫瘤且多重器官衰竭。[1] 席哈理倪透過記者會所公布的長了腫瘤的實驗鼠照片,在當天就以最快的速度傳播出去。

圖/原論文

實驗期為2年,著重「長期」影響的研究引注目

這項研究當然不是無中生有,也理應喚醒眾多基因研究的科學家,更審慎面對基因改造作物可能帶來的風險。尤其席哈理倪這篇研究的特殊之處,在於他的研究著重在「長期」的影響。

根據經濟合作暨發展組織(OECD),以及其他國際組織如歐洲食品安全局(European Food Safety Authority,簡稱 EFSA)、聯合國農糧組織(Food and Agriculture Organization,簡稱 FAO)、世界衛生組織(World Health Organization,簡稱 WHO)等機構的標準,關於基改作物的健康安全評估,在商業化之前的最後階段審核,都是基於為期 90 天的研究結果。

實驗期間的長短差異,的確讓席哈理倪的研究獲得公眾矚目,因為席哈理倪 2012 年的實驗是以 2 年為期,來觀察大鼠食用 NK603 基改玉米所帶來的健康影響。而這篇文章所要呼籲的,即是當時對基改作物的安全性評估不夠確實,以致讓有癌症風險的 NK603 基改玉米上市、供人食用。

選用的實驗大鼠天生易長腫瘤,研究遭質疑

同一年,歐盟執行委員會(European Commission)就要求歐洲食品安全局重新檢視席哈理倪的研究;9 月,歐洲食品安全局做出的回應與其他批評者的觀點大多一致:實驗設計不良、樣本不足,沒有足夠證據能支持這篇研究所做之結論。[2]

最主要的爭點在於,其實驗所用的「史一道二氏大鼠」(Sprague-Dawley rat)僅適用於短期實驗,因這品系的大鼠相較於另一種常用的實驗大鼠維斯塔漢(Wistar Han),在 1 歲之後更容易產生腫瘤。[3] 另一個爭點是,實驗樣本和對照組樣本不足。

席哈理倪的實驗中,每一實驗組只有 10 隻大鼠,然而依照經濟合作暨發展組織所制定國際通用的研究標準,若是研究化學毒性,那麼每一實驗組需要 20 隻大鼠(雌雄各半);若是研究致癌性,每一實驗組需 100 隻大鼠(雌雄各半)。且每一實驗組,都應有一對照組作為比較標準。

然而,在席哈理倪的實驗設計中, 9 組實驗組僅有一組對照組。這兩項爭點,是主要的研究缺陷。因為實驗設計不嚴謹,無法排除大鼠隨機產生腫瘤的可能性,更無法獲知史一道二氏大鼠的腫瘤,是否因食用 NK603 基改玉米所致。[4]

史一道二氏大鼠。
圖/wikimedia

質疑批評者受基改公司收買,研究者未正面回應爭議點

然而,針對歐洲食品安全局提出的疑問,席哈理倪不僅沒有提供更多證據,反倒另外發表了一篇針對各種批評的回應文章。[5] 內容主要認為 NK603 基改玉米缺乏長期致癌性研究,並且也質疑歐洲食品安全局的雙重標準,像是他所使用的大鼠品系和孟山都(Monsanto)提交研究所使用的品系相同(實驗期間 90 日),前者通過審核、他的研究卻受批評,以及這份研究並非「致癌性」研究,所以並不適用經濟合作暨發展組織對於樣本數所設立的實驗標準。

甚至,他在文章中質疑這些批評他的人,是因為在爭取基改作物的專利又或是受孟山都收買,從而質疑他的研究成果。

其實這篇文章的回覆,如果仔細檢視說法,並對應兩方批評與各自的證據,不難發現雙方都有部分論點站得住腳。

舉例來說,的確,在當時的規範,基改作物從實驗室到田間,從田間到餐桌,雖然做了環境評估與健康評估,的確忽略了較長期的健康影響研究,這點是席哈理倪的呼籲有理。而他的研究,就專業的科學評斷標準來看,既是處處缺失,也禁不起科學檢驗,而擁有如此缺陷的科學研究,並不值得引起國際社會的恐慌。

以當時各界留下的資料與紀錄,席哈理倪恐是早早有意引起這場爭戰。

科學研究最難的就是:反覆辯證、自我更新

科學界的研究要獲得公眾賞識並不容易,因為單一科學研究的解釋力有限,要從各國各地的實驗室在不斷實驗失敗、成功、發表,再經由下一組人驗證、失敗、再發表,一路走到公眾有感,那是一段非常遙遠的路程。少至 10 年,更多是數以萬計的科學人在實驗室中漫長的研究歲月。

這類反覆辯證、建立、推翻,又再重頭來過的科學進程,雖然緩慢,但在現代科學的同儕審查和科學檢證之下,有其必要。能在規範之下自我更新,是科學研究最為難能之處。

有多神秘?記者拿研究文章竟要簽「保密協定」

席哈理倪在 2012 年發表這份研究之前,[6] 與其他任何一次的科學研究發表一樣,寄出了採訪邀請,但邀請中卻無研究細節與內容,記者無從在記者會之前,預先拿到資料以做準備。如果記者要求預先拿到研究文章,必須簽署保密協定:不得依此聯繫任何其他的科學研究者

席哈理倪延宕了研究文章的發表時間,直到確定他的團隊所製作的影片《我們都是實驗鼠嗎?》(Are we all guinea pigs?)能及時發表。


各家媒體在不一定讀過研究內容,就算讀過也無從查證的狀況之下,接受這支影片的洗禮。而遠遠在這之前,席哈理倪就撰寫了數本書,陳述基改作物之惡。[7] 當時他的研究以及後續處理,都不正面回應實驗設計的缺失,包括樣本數遠遠不足以支撐研究結論,和使用不適宜研究設計的大鼠、讓結果無論如何傾向有利自己的論述。

相反地,他的回應中,把矛頭指向基因改造作物的跨國企業孟山都,讓自己的研究「不當」沾染道德色彩,更將所屬的研究團隊以被迫害之姿與大眾連結。

孟山都公司。
圖/wikimedia

恐懼蔓延!爭議研究影響各國基改作物進口政策

席哈理倪用聳動的方式呈現研究,意有所指某個事件內含著不公義,再包裹著科學糖衣來宣傳自我意識形態,可悲的是,這些招數都非常有效 。

若要說,透過現代媒體技術並操弄民眾心理,最成功行銷研究的例子非席哈里倪莫屬 。有人認為,在這起「新聞事件」之後,啟發了法國運動者在同一年破壞了基改黃豆的寄售店,俄國和哈薩克禁止席哈理倪研究中的基改玉米進口,肯亞全面禁止基改作物進口,秘魯則是禁止了接下來 10 年的基改作物進口。[8] 而至今,基改作物有致癌疑慮的恐懼,仍深深烙印在世界各地的民眾心裡。

歐盟科學界對席哈理倪研究的回應,是在 2014 年同時啟動三個計畫,依照最嚴謹的實驗規格,重做席哈理倪的實驗,用相同的基改玉米、一樣的兩年時程,足夠的樣本數,耗費 4 年時間,想要找出一個真正可予公憑而非心證的科學答案。這三個計畫分別稱為「基改作物風險評估和證據溝通」(GRACE)、「基改作物 90+」(GMO90plus)和「基改作物兩年期安全測試」(G-TwYST)[9] 且所有的原始資料都全面公開,讓有意重複驗證的研究者能自由取用。

歐盟科學界重做同樣實驗,結論大不相同

「基改作物 90+」的成果於 2018 年 12 月發表,使用實驗長度是原本的 90 天標準。結果發現,席哈理倪的研究結果,在此研究中未被證實[10] 今(2019)年,「基改作物兩年期安全測試」成果發表,席哈理倪的研究結果再一次未被證實。[11]

席哈理倪在自己架設的網站上,駁斥這兩份駁斥他研究成果的研究,同時發布新聞稿。[12] 他攻擊的其中一個重點是 ,大鼠品系不同。他認為,他的研究所使用的史一道二氏大鼠對致癌物質較為「敏感」(sensitive),而歐盟科學家使用的維斯塔漢大鼠對致癌物質「較不敏感」。巧言令色地迴避了自己遭受的質疑,而將嚴謹的實驗設計扣上了不實指控。

試想,如果實驗選用原本就易得腫瘤的大鼠,該如何得知 NK603 基改玉米是否會對人體健康產生影響?這樣的詭辯,仍獲得一定程度的媒體曝光量。

面對爭議話題,科學家如何與著急的民眾對話?

「科學界的爭辯」在各種簡化之後,被呈現在媒體上,吸引了大眾目光。一份禁不起科學檢驗的研究報告,如同謠傳麻疹腮腺炎德國麻疹混合( MMR ) 疫苗會導致自閉症的偽科學資訊,傳遞至世界各個角落,再利用民眾的直覺想像與恐慌,透過社群網路散播出去。

事實上,無論是支持基改作物,又或反對基改作物的雙方論述,不僅需要公眾辯論,更需要雙方支持者願意理解與溝通。善用大眾語言一向不是多數科學家的專長,理解公眾的擔憂與科學研究之間存在著鴻溝,而如此鴻溝必須被回應,更是多數科學家仍然需要再進修的課題。

英國科學媒體中心(Science Media Centre,簡稱SMC)紮紮實實打了基改作物這場仗,至於成效如何,請待下一篇文章再來爬梳英國的科學家,是如何在 SMC 的協助之下,進入大眾溝通的媒體場域。而基改作物的支持者與反對者,屏除席哈理倪無法被重複驗證的科學研究與話術之外,又是根據何種理由繼續論辯。

註釋

  1. 該篇研究引起社會重視後,在 2012 年因歐盟食品安全局重新評估該研究,並認為其實驗設計與數據,難以達成該研究宣稱的結論,而於 2013 年遭到期刊撤回,2014 年又由《歐洲環境科學期刊》(Environmental Sciences Europe)重新刊登。
  2. EFSA (2012). “Statement of EFSA. Final review of the Séralini et al. (2012a) publication on a 2-year rodent feeding study with glyphosate formulations and GM maize NK603 as published online on 19 September 2012 in Food and Chemical Toxicology.”EFSA Journal 10(11): 2986.
  3. Weber K. (2017). “Differences in types and incidence of neoplasms in Wistar Han and Sprague–Dawley rats.” Toxicol Pathol 5:64–75.
  4. 同前引註 2。
  5. Seralini, G. E.,Mesnage, R.,Defarge, N., Gress, S., Hennequin, D., Clair E, Malatesta, M., and Vendômois, J.S. ( 2013) “Answers to critics: why there is a long term toxicity due to NK603 Roundup-tolerant genetically modified maize and to a Roundup herbicide.” Food and Chemical Toxicology 53: 461–468.
  6. Gerasimova, K. 2018. Advocacy science: Explaining the term with case studies from biotechnology. Sci Eng Ethics 24:455–477. Accessed: 2018-10-14.
  7. 同前引註。
  8. 同前引註。
  9. G-TwYST (2014). “About G-TwYST.” 2019/07/26 檢閱。
  10. Coumoul, X. et al. (2018). “The GMO90+ project: absence of evidence for biologically meaningful effects of genetically modified maize-based diets on Wister rats after 6-months feeding comparative trial.” The Journal of Toxicological Sciences 168(2): 315–338.
  11. Steinberg, P. et al. (2019). “Lack of adverse effects in subchronic and chronic toxicity/carcinogenicity studies on the glyphosate-resistant genetically modified maize NK603 in Wistar Han RCC rats” Archives of Toxicology 93(4): 1095-1139.
  12. GMOSeralini (2018) “EU Funded Rat Feeding Studies Do Not Refute the Séralini Study.” 2019/07/26 檢閱。
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你知道基因改造,那知道「基因編輯」技術嗎?讓專家一次告訴你!
台灣科技媒體中心_96
・2022/06/29 ・3505字 ・閱讀時間約 7 分鐘

英國環境食品與鄉村事務部(DEFRA)於 2022 年提出的《基因技術(精準育種)法案》。
圖/envato

英國環境食品與鄉村事務部(DEFRA)於今(2022)年 5 月 25 日提出的《基因技術(精準育種)法案》(Genetic Technology (Precision Breeding) Bill),6 月 15 日已過二讀討論,6 月 28 日將進入下一個審議階段。該法案針對精準育種的動植物,以及由這些動植物生產出的食品與飼料,提供開放銷售相關的風險評估。

台灣科技媒體中心邀請專家說明目前的研究與技術,4 位專家皆解釋精準育種技術更能縮短育種作物的時程,並指出該法案可供臺灣參考的面向。

法案修訂,提升糧食生產策略的重要性

臺灣大學生物科技研究所教授 兼 生物資源暨農學院副院長 劉嚞睿 表示,目前各國用基因編輯技術,做為基礎開發的新興精準育種技術產品,管理方式並不一致。所以目前國際上,是否以基因改造生物的規範來管理新興的精準育種技術產品,仍未達成共識,會影響新興精準育種技術產品的開發。

成功大學生物科技與產業科學系副教授 郭瑋君 指出,過去,美國對科技作物相對開放,而多年來歐盟強力反對。英國作為歐洲的三大強權之一,提出此修訂案,開放精準育種作物的產業研發及銷售,反應出此技術不再只是美國自身的國際貿易考量,而是提升未來糧食生產的重要策略。

英國開放精準育種技術,可能是提升糧食產量的重要策略。圖/envato

郭瑋君認為,這對全球有顯著的指標作用,相信此舉也會帶動歐盟未來思量修改相關法案。但郭瑋君也指出,該法案所提的專一基因編輯,在臺灣的精準育種技術只在研究單位進行,以分析作物的基因功能為主,目前仍未發展於產業育種。

郭瑋君表示,精準育種技術可以直接修改植物的基因,因此最大的潛力是可以去除造成植物生長弱勢的基因,而提高生長能力及永續栽培方法的應用。她說,精準育種技術可以顯著縮短育種時程,從 10 年縮短到 1 年半,這在因應氣候變遷造成每年極端氣候,加快培育有抗性的作物品種,有極大的助益。

郭瑋君舉例,自精準育種技術於 2013 年成功改變植物基因後,2017 年美國食品藥物管理局(FDA)即已核準了精準育種可抗旱的大豆、増加含油量的亞麻,及不會變黑的蘑菇上市。

臺灣大學農藝學系副教授 蔡育彰 表示,英國提出修訂精準育種法案,是繼美國、澳洲、日本等國之後,將基因編輯作物與基因改造作物做出區別。

目前已訂定法規中允許的精準育種作物,主要是影響作物本身特定的基因表現。

精準育種可以大幅縮短育種時程、因應快速來臨的極端氣候。圖/envato

蔡育彰認為,這種改變原本特定基因表現的作物,與現行一般育種方法所育成的作物相似,若再輔以目前成熟的全基因組定序分析技術,可完整的比對出精準育種作物與對照品種的基因組序列差異,後續相關安全性評估可與過去一般品種育成的流程相似。

臺灣海洋大學水產養殖學系副教授/前系主任 龔紘毅,同時也是執行科技部、農委會與多項產學合作的計畫主持人。龔紘毅指出,精準育種技術幫助我們減少對農藥及抗生素的依賴,減少對環境的影響並改善動物福利,增加動植物的營養價值,從而提高糧食系統的生產力、復原力及可持續性。

龔紘毅說明,臺灣現在發展的精準育種技術有「基因體選育」(Genome selection)與「基因體編輯技術」,前者需要有明顯不同性狀的族群樣品並選育物種,但相對也會投入很高的成本,較適合少數高產量與高經濟規模的物種。

臺灣現在發展的精準育種技術有「基因體選育」(Genome selection)與「基因體編輯技術」。
圖/envato

龔紘毅表示,臺灣在農業基因體學和遺傳技術有豐沛的能量及基礎研究,可借鏡英國法規,制定輕度監管的方式,釋放研發及促進農業產業發展的能量,且制定符合台灣最大效益的規則。龔紘毅提到,日本專家及政府在制訂精準育種法規的前瞻性、推廣經驗與鼓勵新創,也值得臺灣加以借鏡學習。

他指出,日本與臺灣均為水產消費大國,日本雖然在基因改造生物(GMO)法規上嚴格管理,但學界與政府認為基因編輯技術在精準育種具有龐大的發展潛力,因此在基因編輯法規超前部署,制定明確且兼顧產業發展與生物安全的法規制度。同時在科學教育及注重新興技術與民眾溝通、宣導和知的權利。

精準育種,相對縮短培育時程

劉嚞睿說明,依臺灣「食品安全衛生管理法」定義,基因改造是指使用基因工程或分子生物技術,將遺傳物質轉移或轉殖到活細胞或生物體,產生基因重組現象。基因改造技術食品含有外源基因,對人體健康與環境生態可能有影響。

不過他舉例,三種基因編輯技術中,其中兩種技術的衍生產品,不含有外源基因。所以除了歐盟仍以基因改造生物的規範進行管理以外,大多數國家認定風險與安全性應與傳統育種無異,故認為不屬於基因改造產品。

劉嚞睿指出,基因編輯技術可在不含外源基因的情況下,精準快速的改變生物體內特定的基因序列,大幅縮短育種時間,帶動新興精準育種技術的發展。但此精準育種技術,透過人為的操控物種基因體,甚至影響物種的基因多樣性,仍引起諸多道德倫理與社會價值的矛盾與衝突。

用人為方式改變生物基因的精準育種技術,仍有道德倫理上的疑慮。圖/envato

蔡育彰說明,精準育種使用的基因編輯技術,與傳統基因改造不同,傳統基因改造是經由外加的基因。他指出,實際應用的困難在於,精準育種此技術應用在不同作物、品種和品系上,效率也都不同。由於目前法規允許的精準育種技術有限制 DNA 序列的變異型式,應用於許多現行栽培的作物種類上可能預期效果較有限。蔡育彰也提醒,精準育種技術的應用也需要對目標作物的基因組序列有完整的了解。

郭瑋君指出,基因改造主要技術核心是,永久放置「非植物」的基因片段於農作物體內,如抗病或抗蟲或抗農藥基因,可能來源是昆蟲或細菌,以提高基因改造作物的產量。因此這些外來基因在作物內會產生外來的蛋白質,可能栽種時造成其它生物如昆蟲的生長或演化上的變異,在食用時可能成為人類食物的過敏源。

郭瑋君解釋,精準育種技術是直接去除或變異「植物」本身的基因片段,最終的育種作物不會有外來的基因或蛋白質。

與基因改造不同,精準育種的基因編輯技術,只會剔除、不會新增外來基因到農作物體內。圖/envato

龔紘毅解釋,精準育種中的基因編輯技術,讓科學家能幫助農民和生產者開發出有益處的植物和動物品種,這些也能通過傳統育種和自然過程發生,但基因編輯可以更有效和更精準的大幅縮短選育新品種所需的時間。

台灣科技媒體中心表示,目前英國的精準育種技術仍屬於基因改造生物(GMO)法規的監管下,若此法案通過,將有利於精準育種技術與產業發展,但是,使用精準育種技術的作物是否納入或獨立於「基改作物」的法規規範,仍待持續關注與討論。雖然英國、紐西蘭、澳洲等都有專家長年持續的討論基因改造作物與基因編輯作物的技術,但在臺灣仍十分缺少對此科學議題的專業看法與討論

台灣科技媒體中心總結,透過科學家說明目前的研究與技術,能幫助在科學技術被誤解之前,提供正確的資訊以利討論。雖然這次是在英國提出的精準育種法案,但未來臺灣若有相關發展,也可以做為參考的資料。

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基因改造的實例「友善蚊」,友善的對象是?——《竄改基因:改寫人類未來的 CRISPR 和基因編輯》
貓頭鷹出版社_96
・2022/04/03 ・1849字 ・閱讀時間約 3 分鐘

雖然,「友善蚊」聽起來可能像是《好餓的毛毛蟲》這本繪本的續作,但它其實是牛津昆蟲技術公司擁有的商標,代表一種經過基因改造的特殊蚊種,這種蚊子可以傳播引發登革熱、茲卡病和黃熱病的病原。

2002 年,牛津昆蟲技術公司培育出他們第一批友善蚊。這些接受基因改造的蚊子,體內含有一種自殺基因。自殺基因一旦啟動,就會干擾蚊子的細胞活動,造成蚊子死亡。這間公司很聰明,沒把這種經過基因改造的蚊子取名為「自殺蚊」之類的愚蠢稱號,銷售基因改造產品的公司最不需要做的事情,就是給自家產品取個嚇人的名字。

現在,這間公司在實驗室進行培育,生產數百萬隻經過基因改造的友善蚊。在許多爆發相關病媒蚊疾病的地點,這些蚊子已經被釋放到野外環境,例如在開曼群島上的一處特定地區,已經釋放了八百萬隻友善蚊。

友善蚊的自殺基因機制

這些大量釋放的友善蚊都是雄蚊,一旦可以自由飛翔,牠們就會做雄蚊總是會做的事:試著找雌蚊交配。假設交配成功,那麼友善蚊所有的後代都含有自殺基因。

自殺基因的表現會導致一種致命毒素在蚊子體內累積,造成友善蚊的後代在幼蟲期或蛹期階段就死亡。在開曼群島進行的試驗結果十分振奮人心,經過重複的野外釋放程序,在一個季度的時間內,研究人員偵測到的蚊卵數量減少了百分之八十八,體內攜帶病毒的蚊子數量則是減少了百分之六十二。

這些經過基因工程改造的小昆蟲之所以是一種相當好的技術解決方案,原因有很多,除了自殺基因以外,友善蚊還會把一種特定螢光蛋白質的譯碼基因傳給後代。在野外,研究人員可以利用螢光來辨認哪些蚊子繼承了友善蚊經過改造的遺傳物質。

經過重複的野外釋放,在一個季度內研究人員偵測到體內攜帶病毒的蚊子數量減少了百分之六十二。圖/Pixabay

經過基因改造,自殺基因已經安置在友善蚊的基因體裡,成為正向迴路的其中一部分。自殺基因一旦啟動,就會開始提升自身的表現量,意味著在蚊子體內,有毒物質很快就會累積到致命程度。

控制友善蚊體內的自殺基因啟動

這項技術最美妙的地方在於它解決了很基本的問題。如果自殺基因是致命的,為什麼雄蚊在長大成年,被釋放到野外毀了雌蚊想當媽媽的夢想之後才會死?這是因為,培育了數百萬隻雄蚊的牛津昆蟲技術公司,有辦法控制牠們的飲食。

研究人員在給雄蚊吃的食物裡添加了四環素這種抗生素,四環素會和自殺基因結合,造成自殺基因關閉。自然界並沒有四環素這種物質,所以雄蚊到了野外之後,自殺基因才會啟動,而體內原有的四環素足夠牠們活著找到雌蚊交配。

至於繼承了自殺基因的後代,因為食物中不含四環素,所以無法關閉牠們的自殺基因。於是,這些遺傳了致命基因的蚊子就會死亡。

是破壞生態還是環境友善?

這項技術還有許多值得欽佩的地方,廣效性化學殺蟲劑的使用可能因此減少。用化學藥劑來滅蚊,人類很難徹底找到每一處雌蚊喜愛的小型積水空間。但尋找雌蚊這件事對經過基因改造的雄蚊來說不是問題,一億年來的演化已經讓牠們成為尋找雌蚊的大師。

牛津昆蟲技術公司只針對一種蚊子進行基因改造,所以其他不是病媒蚊的蚊子不會受到影響,這種蚊子並不是開曼群島的本土生物,而是透過人類活動意外引入當地。

這是一項自限性技術,一旦釋放到野外的雄蚊和牠們的後代都死亡,自殺基因就會從族群裡消失,一切都是為了把對生態系的破壞程度降到最低。

為了把對生態系的破壞程度降到最低,擁有自殺基因的雄蚊和後代都死亡後,自殺基因就會從族群裡消失。圖/Pixabay

——本文摘自《竄改基因:改寫人類未來的CRISPR和基因編輯》,2022 年 1 月,貓頭鷹出版社

貓頭鷹出版社_96
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貓頭鷹是智慧的象徵。1992年創社,以出版工具書為主。經過十多年的耕耘,逐步擴及各大知識領域的開發與深耕。現在貓頭鷹是全台灣最重要的彩色圖解工具書出版社。最富口碑的書系包括「自然珍藏、文學珍藏、台灣珍藏」等圖鑑系列,不但在國內贏得許多圖書獎,市場上也深受讀者喜愛。貓頭鷹的工具書還包括單卷式百科全書,以及「大學辭典」等專業辭典。貓頭鷹還有幾個個性鮮明的小類型,包括《從空中看台灣》等高成本的視覺影像書;純文字類的「貓頭鷹書房」,是得獎連連的知性人文書系;「科幻推進實驗室」則是重新站穩台灣科幻小說市場的新系列,其中艾西莫夫的科幻小說,已經成為台灣讀者的口碑選擇。

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器官移植里程碑!豬心移植成功了,然後呢?
TingWei
・2022/02/13 ・4185字 ・閱讀時間約 8 分鐘

2022/3/10 更新: 雖然本次案例中的豬心移植並未發生超級排斥反應,可謂跨過一大門檻。有了豬心,甚至讓貝內特得以回家與家人共度時光。但在進行手術兩個月後,他的病情仍舊惡化,近日報導傳出貝內特於 2022 年 3 月 8 日死亡。 目前確切的死因仍舊不明,尚待團隊發表調查結果。

新聞連結:https://www.bbc.com/news/health-60681493

2022 年 1 月,COVID-19 疫情陰影之下,器官移植的技術翻過了重大的一頁。美國馬里蘭大學宣布完成首例基改豬心移植人體的手術,至目前為止,患者尚未出現排斥現象,也創下心臟「異種移植」(Xenotransplantation)在人類身上成功的首例。

救人性命的「器官移植」面臨哪些挑戰?

細胞、組織、器官、系統,這是我們在學習人體構造的時候就耳熟能詳的層級概念。如果將動物體視作一個密切協作的機械,那麼各個器官就會像是其中的關鍵零件:心臟主要輸送血液到全身上下,肺臟從事氣體交換,腎臟將血液的雜質濾出製成尿液,肝臟則主司代謝調控身體中的各種物質。這些器官只要有一個失去功能,就會導致生物體的死亡。但既然是「零件」,現今的醫學已經可以在一定的程度上做到「更換零件」,讓生命延續下去──也就是「器官移植」。

圖/Pexels

在台灣,自從 1968 年台大醫學院李俊仁教授完成亞洲第一例活體腎臟移植手術,開啟器官移植的新頁迄今,器官的捐贈與移植已經一路擴展到心臟、肺臟、肝臟、胰臟、腸。雖然我們將器官移植比喻為換零件,然而實質上器官移植所要克服的難關,遠比機械換零件要嚴苛、複雜許多。

首先第一道難關,就是「器官排斥」。人體的免疫系統會辨識外來物質。在大多數的情況下,這些外來物屬於會讓身體生病的「病原體」,而免疫系統的工作便是不管是細菌、病毒、寄生蟲,一律加以攻擊,避免進一步感染。因此,移植時放入的器官,也會被免疫系統視作「外來物」攻擊。這樣的反應,就是一般所說的「移植排斥」(transplant rejection)或是器官排斥。

一般來說,器官移植之前,會進行幾項配對檢測,包括 ABO 血型、組織抗原(major histocompatibility complex,MHC)交叉試驗,以盡可能找到合適的配對、減少免疫反應發生的機率與嚴重程度 [註1]。而即使經過這些配對檢測,器官的受贈者也需終身服用「抗排斥藥物」免疫抑制劑,抑制原有的免疫反應,在器官排斥與外來感染間取得平衡。

此外,器官移植的另一道難關,就是如何取得合適的器官。隨著器官移植的技術發展,肝臟與腎臟尚有機會接受活體捐贈,但如心臟等器官,卻必須來自腦死判定的捐贈者,數量稀少且不穩定。以台灣 2020 年統計,共有 79 例心臟捐贈,然而全台等待移植者接近 200 人,許多患者只能坐等時間流逝,寄望大愛的遺贈能有機會降臨,拯救自己一命。

捐贈的器官不夠,以至於許多病人在等待的過程中逐步邁向死亡,這也是為什麼人們把腦筋動到其他動物身上,尤其是豬。

使用豬作為器官來源有哪些缺優點?

事實上,異種移植完全不是什麼新概念,人類利用動物製劑作為醫療材料已經超過百年。早在 1930 年代,我們就使用豬胰島素治療糖尿病;而使用豬的心臟瓣膜來修補瓣膜出現問題的人心,也已經有幾十年的歷史。然而,如前面所述,人與人之間的器官尚且有排斥的情況,更何況來自豬或者狒狒的器官,其表面的組織抗原跟人體差異更大,排斥反應會更劇烈、更難以抑制。

可是,使用豬隻作為器官來源,仍有許多優點。靈長類動物(如黑猩猩或狒狒)與人的親緣較為接近,但其飼養與繁殖相對於豬困難許多,而且靈長類多為保育類,存在更多倫理上的限制。此外,豬在生理與解剖結構上與人類足夠接近,扣除排斥的問題,豬隻的器官相當有機會勝任維繫人體功能的角色。

豬在生理與解剖結構上與人類接近,其器官有機會勝任維繫人體功能的角色。圖/Pexels

因此,長久以來豬隻基因改造(genetic modification, GM)的一個重要議題,就是如何使其更「人類化」,以避免排斥 [註2]。隨著對基因體表現的瞭解逐年深入,加上近十年來 CRISPR 技術發展,因應器官移植需求而打造的「基因編輯豬」,從科幻構想,一躍而成為發展中的現實。

使用 CRISPR-Cas9 培育出基因改造豬,登上 2017 年《Science》封面。圖/《Science》

現階段,有許多團隊都在發展供器官移植的基因改造豬,除了聯合治療公司(United Therapeutics)以外,還包括 eGenesis 研發的無豬內源性反轉錄病毒(PERV)豬、紐西蘭 NZeno 的迷你豬等,或許還有更多尚未浮現檯面的團隊。

第一例豬心移植可以告訴我們的事

2022 年 1 月 7 日,57 歲的大衛.貝內特(David Bennett)在馬里蘭大學醫學中心(UMMC)成功獲移植了一顆經基因改造的豬心,這顆豬心來自聯合治療公司旗下的生技公司 Revivicor 的基因改造豬。這個系列的基因改造豬有 10 個基因位點經過改造,其中剔除了 3 個豬原有的基因,以免引發人體免疫反應,然後加入 6 個人類基因,讓身體願意接受外來器官,最後一個改造則讓豬心不會對生長激素持續反應,讓心臟可以維持在人體所需的大小。

在此之前(2021 年),紐約大學朗格尼醫學中心(NYU Langone Medical Center)曾將同系列豬隻的腎臟接到兩位已被判定腦死的病人身上,確認了豬腎可以在人身上運作,不但沒有發生排斥反應,而且代謝運作良好。相關研究人員曾進一步向美國 FDA 申請進行豬心的臨床試驗,但是遭到駁回。根據馬里蘭大學醫學中心移植小組外科醫師曼蘇爾.莫希丁(Muhammad Mohiuddin)的說法,團隊被要求先完成 10 次豬心移植到狒狒身上的實驗,才可以進一步進行人體試驗。以靈長類動物如狒狒作為移植模型,以瞭解潛在的副作用與改進之道,是這類研究常見的作法。2000 年國際心肺移植學會(ISHLT)曾提出綱要,認為接受移植的靈長類動物需有 60% 存活超過 3 個月,存活個體至少 10 隻,且顯然有機會繼續活下去,才能考慮進入臨床試驗。

然而,貝內特的特殊狀況讓此次的豬心移植成為可能。貝內特患有心律不整,無法外接機械式的心臟輔助裝置,加上有過不遵醫囑的醫療紀錄,使其獲准得到心臟的機會微乎極微 [註3]。而貝內特的心臟狀況若不移植就只能等死,因此 FDA 特別通過了本次的豬心使用。貝內特獲得的是死中求生的機會,而對研究人員來說,則是獲得了豬心在人類患者身上如何運作的臨床資料。

使用靈長類動物進行研究一舉,讓科學家獲得許多異種移植的重要資訊,比如從針對狒狒的研究中,獲得了不少異種移植的用藥資訊,更發現早期接受移植的狒狒,都由於豬心快速生長而死亡。然而,許多研究人員或許已經非常期待將動物實驗逐步轉向臨床,因為將豬心放到健康狒狒身上所得到的數據,仍與重病纏身的人類有很大的不同。無論是免疫或藥理方面,研究人員當然更希望獲得與人體有直接關聯的資訊。

豬心移植創下先河,進入臨床仍待研究

然而,要看到豬隻的器官正式被納入臨床移植使用,恐怕還有許多問題有待釐清。這些問題包括(但不限於)使用異種器官潛藏的感染風險,縱使這些基因改造豬可以被養在高規格的飼養環境,避開一般豬隻帶有的病毒與細菌,豬隻基因體內的「內源病毒」對人體的風險仍有待釐清 [註4]。即使豬隻經過多種基因編輯,並且順利熬過異種移植的急性排斥期後,是否還有潛在的問題需要克服,目前尚無人得以逆料。

圖/Science

此外,隨著醫療設備近二十年的發展,使用血液透析(替代腎臟)或機械輔助設備協助血液運行(替代心臟)的方法亦越來越常見。或許,在等待豬心獲得臨床認可,加入器官庫的行列的同時,醫學技術亦會有所發展,使得器官需求不再如今日這般迫切。由於腎臟或肝臟可由活體移植、不似心臟需求極端迫切;因此肝腎兩者的異種移植研發進展或許將較為緩慢。目前,豬隻的器官移植還處在動物實驗的階段,尚未步入臨床,在人體的研究資料尚且闕如的情況下,相關單位應如何考量患者需求、判斷移植風險,亦將成為倫理與制度需要克服之一大考驗。

醫療技術進展,本就來自於在各種未知中承擔風險、勇敢做出前人未曾做過的事。我們感念這其中的各種參與者,不管是技術研發人員、受試者或是醫師的參與,也希望未來在器官移植的領域,能有更多的好消息,讓那些苦苦等待的人們,盡早獲得救贖。

註解

  1. 器官移植的排斥反應通常分成超急排斥反應(hyperacute rejection),發生在器官接上血管後的數分鐘到數小時內;急性排斥反應(acute rejection),發生在數周到一年內;慢性排斥反應(chronic rejeaction),發生在移植數月甚至數年之後。因此貝內特此案例之「成功」僅代表現階段並未發生排斥反應,且豬心基本上可在人體運作,未來是否可能發生慢性排斥反應尚未可知。
  2. 異種移植的排斥反應通常更劇烈也更複雜。
  3. 器官移植排序的規定各國、各州不同,有些地方的規範會考量患者遵循醫囑的程度或求生意志等。臺灣的規範可見財團法人器官捐贈移植登錄中心 – 附表(各器官分配辦法) 
  4. 2017 年已有團隊培育出內源病毒去活化的豬寶寶(詳見: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!),但本次的移植豬心應無經過相關的處理。

參考資料

  1. 醫學與倫理:美國首例豬心器官移植面臨的三大倫理爭議 – BBC News 中文
  2. 全球首例!豬心移植人體手術完成,可望解決器官短缺問題 – INSIDE
  3. First pig-to-human heart transplant: what can scientists learn? (nature.com)
  4. In a First, Man Receives a Heart From a Genetically Altered Pig – The New York Times (nytimes.com)
  5. 豬腎成功移植人體,異種移植會成為救命稻草嗎? | GeneOnline News
  6. 《基因編輯大革命》: 「基因編輯豬」是器官移植新希望? The News Lens 關鍵評論網
  7. 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! – PanSci 泛科學
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TingWei
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據說一生科科的生科中人,不務正業嗜好以書櫃堆滿房間,努力養活雙貓為近期的主要人生目標。