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他亲手改变自己的基因,只为变身肌肉男 | 实验室外的生物“黑客

2018/01/01 来源:环球科学ScientificAmerican/李晓慧
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导读
36岁的Josiah Zayner曾是一名NASA的生物学家。而现在,为了增肌,他成了用革命性的基因编辑工具CRISPR-Cas9对自己进行基因改造的第一人。不过,与一般意义上的生物学家有所不同的是,他完成此项试验的地点并不是医院、大学实验室,而是自家的车库和厨房。


Josiah Zayner

本文转载自“环球科学ScientificAmerican”。

改变自身基因的生物黑客

在试验中,Josiah Zayner用CRISPR技术敲除了肌肉生成抑制素(Myostatin, 简称MSTN)基因,并希望借此增强自己的肌肉。过去的研究认为,MSTN基因高度表达于动物机体的骨骼肌中,是负向调控肌肉生长的重要基因。许多科学研究都表明该基因的表达水平与肌肉重量的变化呈负相关,其突变将造成肌肉过度肥大。

2015年,中国科学家曾经利用CRISPR技术成功培育出两只MSTN基因敲除狗,基因敲除是指将目标基因从功能上灭活,这种方法让动物的某一特定基因不再发挥作用。在这一研究中,所获得的基因敲除狗的肌肉在4月龄时就比普通狗更为发达,成年以后也具有更强的运动能力。不过,敲除MSTN基因是否能够导致人体肌肉的增长,目前并没有被证实。


中国科学家培育的,15个月龄时的MSTN基因敲除比格犬

科学家在动物试验中取得的成果,增添了Josiah Zayner的信心,他在自己的左前臂上进行了增肌试验。“当然我并不会像这些狗一样,”Josiah Zayner称,“DNA只会进入到我所注射的区域。”


MSTN基因突变的惠比特犬(左),与MSTN基因正常的惠比特犬(右)对比图

在2017年8月的一次生物黑客活动中,Josiah Zayner向在场的生物黑客们介绍了如何在车库中进行基因工程实践。

在2017年12月英国卫报对Josiah Zayner的采访中,当被问道他的胳膊目前有没有变化的时候,Josiah Zayner称,在相似的动物研究中,四至六个月之后才能看到结果。“我希望我胳膊中的一些细胞已经发生变化,不过我还在开发一些测试来检测这种变化。”

有勇气在自己身上进行基因工程实践的人,并不只Josiah Zayner一人,有的人甚至寄希望于通过DIY改变自己的基因、治愈疾病。2017年10月,同样是生物黑客社区一员的28岁软件工程师Tristan Roberts在Facebook上直播自己进行基因治疗的过程,他平静地坐在一张黑色的皮质沙发上,面前的玻璃桌上摆放着针管等工具,他希望用基因工程的方法,亲手治愈自己的艾滋病。

6年前,Roberts被诊断患有艾滋病。在经过两年常规治疗后,他表示“恨透了”药物的副作用,他希望用一种其他方法治愈艾滋病。他在自己的腹部完成了此次注射,他所注射的液体中含有数十亿计的质粒,这些环状DNA片段被认为能够促进N6抗体生成。2016年,美国国立卫生研究院研究小组发现,在实验室条件下,N6抗体可以中和98%艾滋病毒菌株,这一发现被认为未来将成为治疗和预防艾滋病传播的新方法。


Tristan Roberts直播自己进行基因治疗的过程

官方禁令

人们对生物黑客的兴趣越发兴起,便宜的基因材料越来越容易获得,再加上网络上亦出现用CRISPR编辑基因的教程,美国官方和研究组织纷纷发出反对声音。近期,美国食品药品监督管理局(FDA)和美国基因与细胞治疗学会(ASGCT)分别在其官网发布相关声明。

今年11月21日,FDA在其官网上发布声明,其中明确指出,任何在人体中使用CRISPR-Cas9基因编辑的行为都被认为是基因治疗,而基因治疗产品应由FDA的生物制品评估和研究中心(CBER)来监管。FDA已经意识到,人们现在可以方便地接触到用于DIY的基因治疗产品,这所有的相关产品都是违法的,FDA非常担心其中存在的安全隐患。

虽然FDA并没有提到任何公司或者产品的名字,但是Josiah Zayner认为,FDA在网上发布的信息是针对他的。因为,Josiah Zayner不仅在自己身上做试验,他还拥有一家公司,销售CRISPR DIY的相关产品,在他的公司官网上,一套敲除MSTN基因的CRISPR/Cas9工具仅需20美金。在FDA对基因治疗的定义中,即使基因编辑的目的不是治疗疾病,但仍属于基因治疗的范畴。因此,Josiah Zayner所销售的CRISPR产品也在监管范围内,未经批准进行销售属于违法行为。

在FDA将“在人体内使用CRISPR进行基因编辑”定性为基因治疗后,2017年12月7日,ASGCT在其官网发布声明称,作为世界最大的基因与细胞治疗专业组织,ASGCT并不支持无监管的基因治疗,因为这一过程具有潜在风险,而且几乎不可能达到治疗效果。ASGCT强烈反对个人进行DIY基因治疗。

最好的基因编辑时代?

有“基因魔剪”称号的CRISPR并不是世界上第一个出现的基因编辑工具,但却是目前为止最简单、最便宜、最高效的基因编辑工具,这也是生物黑客选择CRISPR进行基因编辑DIY,并廉价出售CRISPR相关生物制品的原因之一。

2012 年以前,科学家如果想进行基因编辑,主要有两种工具,一是 ZFN(Zinc Finger Nuclease);另一种是 TALEN(Transcription Activator-Like Effector Nuclease)。

这两者都是利用蛋白质来标定 DNA 的位置,接着利用 FokI 核酸酶剪断要编辑的基因,再进行插入或移除。不过 ZFN 和 TALEN 用来辨识 DNA 位置的蛋白质都不容易制作,而且 ZFN 对细胞有毒性,TALEN 则因为分子大的原因,不容易高效导入,因此之前科学家往往要费九牛二虎之力才能编辑一个基因,或者将基因编辑的工作交给生物公司。

而现在,在实验室里,科学家就可以使用CRISPR技术简单高效的实现基因编辑。“我们可以想象一下,旧的基因工程技术就好比每次你要安装新的软件,就要把电脑升级一次一样。 而CRISPR技术就像基因组的软件,利用这些RNA小片段,我们可以简单地编辑它。”CRISPR技术的发明人者之一,加州大学伯克利分校教授Jennifer Doudna说。

CRISPR-Cas9系统有两个主要成分,一个是Cas9酶,它像一把“剪刀”一样可以剪切DNA;另外一个是RNA小分子,它将“剪刀”引导至特定的DNA序列。

由于CRISPR - Cas9 价格便宜、操作简单,一般实验室几乎都能依照指示展开实验,自 2012 年之后,相关文章数量指数级增长,据统计 2013 年有 277 篇科学论文;2014 年有 587 篇;2015 年达到千余篇论文。

目前,CRISPR大大加快了基因治疗的进展。2016年,中国科学家启动了首项利用CRISPR的人体临床试验,全球多个以CRISPR技术为基础的初创公司,也正向临床应用努力。不过,基因编辑也可能带来一些意想不到的问题。CRISPR发明人之一张锋也曾指出,不同个体间存在巨大的遗传变异,这些变异可能会影响CRISPR的精确编辑。

参考链接:

https://www.theguardian.com/science/2017/dec/24/josiah-zayner-diy-gene-editing-therapy-crispr-interview

https://www.youtube.com/watch?v=DCzZvb6wqi8

https://www.fda.gov/biologicsbloodvaccines/cellulargenetherapyproducts/ucm586343.htm

https://www.asgct.org/research/news/december-2017/asgct-statement-unregulated-diy-gene-therapy

https://www.facebook.com/N2Sreports/videos/1557343577706859/

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