《2030世界未來報告書》:從基改蚊子到腦機介面,四項在2020年正式展開的生技革命

《2030世界未來報告書》:從基改蚊子到腦機介面,四項在2020年正式展開的生技革命
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我們想讓你知道的是

再更深入來說,2020年可能會發展到不需要腦機介面和神經調節器之間的「線」,即不用外部的監控,電子也將能自行在大腦裡運作,而為了降低副作用,只在需要的時候對電子進行刺激即可。

文:朴英淑(Youngsook Park)、傑羅姆.格倫(Jerome Glenn)

2020年正式展開的四項生技革命

科學界發生的革命比其他領域要來的更加激烈、更加有衝擊性。其他技術可以改變、改善人類的生活,生物科技則是可以改變人類一切本質的潛能。即使到了2019年,我們依然可以看到科學界如火如荼變動著。接下來的內容是計劃進行到2020年的臨床試驗,並且在生技領域有很大進展的最新新聞。儘管2018年我們預測了治療遺傳基因的產品在2019年時會獲得廣範圍的許可,但是大部分的結果都被推延了。或許現在的預測最後也會脫離我們的預料,不過,我們還是必須瞭解目前有什麼技術,以及這些技術離我們有多近。

基因改造的不孕蚊子誕生

基因驅動(gene drive)是一項可以將改造過的基因快速傳播出去的技術,這項技術會透過基因編輯(gene editing)讓基因改造的生物進行繁衍交配,以徹底改變該生物群體好幾代的基因。因此,基因驅動的這種概念也為許多人帶來了恐懼。

比起基因編輯CRISPR 技術或其他基因編輯工程,基因驅動能帶來更有影響力的結果與嚴重性。可以改造精子、卵子、胚胎的基因編輯技術通常只會給一個家庭、一條基因線帶來影響;基因驅動則有改變整個「種族」的力量,簡單來說它是一小塊基因密碼,幾乎是百分之百可以幫助父母把基因遺傳給子女。基因驅動完全打破了一半基因來自父親、另一半基因來自母親的常識。

換句話說,只有在必須改變整個種族的基因時,才能考慮是否使用基因驅動工程。雖然這聽起來很像是電影裡有著強大反派的故事,但是科學家們計劃將這項技術應用在傳染病源的蚊子或老鼠等齧齒動物上。其中,蚊子的基因改造實驗已經開始了,如果放出少數幾隻突變體的蚊子,讓牠們負責運送使蚊子不孕的基因驅動的話,那我們就能完全消滅帶來瘧疾、登革熱、茲卡病毒等的所有病媒蚊。

2018年聯合國慎重地批准基因驅動技術可以在有條件的地方使用,而現在研究團隊正在非洲布吉納法索進行基因改造蚊子的實驗,這也是基因驅動技術首次的實地實驗。這次實驗只針對帶有瘧疾的瘧蚊(Anopheles),第一階段已釋放出一萬隻以上的雄性蚊子到野生,而科學家們會觀察這些負責搬運基因驅動的蚊子們如何存活與擴散。他們讓帶有可以殺掉雌性蚊子的基因改造蚊子與天然蚊子交配,向天然蚊子傳遞不孕基因,這也是「蚊子」(Mosq)計畫基因驅動工程策略的一部分。駭入基因排序,拯救數百萬人性命的蚊子計畫預計將在2024年正式啟動。

流感萬靈丹

可能有些人認為流行性感冒只是個很煩人的疾病,但是根據美國疾病管制與預防中心(CDC)的統計,流感是一種每年會奪走數十萬人性命的致命疾病。流感病毒變異速度非常地快,我們幾乎不可能馬上做出有效的疫苗,所以可以說是一種很難對抗的病毒。為此,科學家們動員了所有的人力與資料,致力於研發可以治療所有已知與未知變種的萬能疫苗。然而,就如同它被稱為藥學界的聖杯一樣,開發流感萬能疫苗是一件相當困難的挑戰。

2019年4月時,以色列BiondVax公司開發的首款萬能疫苗進行了三期臨床試驗,這意味著該疫苗已經在少數實驗者身上驗證了安全性與效果,並且進入了以更多人為對象的實驗。這款疫苗的特徵是它不使用死掉的病毒,而是使用組成蛋白質結構的胺基酸序列,藉以刺激人體免疫力系統達到高警戒狀態。

另一方面,美國政府也投入了1億6000萬美元在這類研究上,且已經有幾款候選的萬能疫苗進入了臨床試驗,預計將在2020 年找到新的突破。

人體內的基因編輯技術

基因編輯CRISPR/Cas9技術在過去幾年間一直是科學界最大的話題,不過其實有一個和它相似卻未能廣泛傳播的技術,那就是人體內的基因編輯技術(In-body Gene Editing)。

2018年9月位於加州里奇蒙市的Sangamo Therapeutics製藥公司為了治療無法分解黏多醣的罕見疾病韓特氏症(Hunter Disease)病人的基因缺陷,設計了基因編輯酵素,並注射進病人體內。韓特氏症是一種因為無法生產IDS酵素而產生的遺傳病,IDS酵素負責分解人體內的黏多醣,當無法分解的黏多醣堆積起來時,可能會危害到肺、心臟等器官。這套技術和「抽取」人體的細胞後,重新編輯基因序列,再次「注射」回人體的CAR-T技術明顯不同。

Sangamo Therapeutics的技術是將編輯過的基因直接注射進人體內,這種方式比其他基因治療方式更進步。不過,因為現有的基因治療方式都無法精準地將健康基因插入正確地方,所以人們多少會擔心注射的基因可能會傷害到其他重要的基因。目前為止這項技術看起來很安全,但是還需要些時間驗證成效。

如果人體內的基因編輯技術接連成功的話,這意味著我們將有可能只要幾次的注射就能治好致命的遺傳疾病。如果SangamoTherapeutics公司的臨床試驗出現好的結果,日後人體內的基因編輯技術會加倍受到關注,也能提高治療各種疾病的可能性。

Neuralink和腦機介面

伊隆.馬斯克因為想開發出人類大腦直接連接人工智慧的技術,所以在2016年建立了新創公司Neuralink。Neuralink 公司正在做的事就像科幻小說裡才會出現的事一樣,他們正在嘗試利用移植到大腦的微小粒子,以物理學的方式連接矽元素硬體(silicon hardware)與網路。馬克斯在最近舉辦的活動上公開了一項還在研發中的技術,這是一項可以利用神經細胞的腦機介面(braincomputer interface,簡稱BCI),以治療疾病或提升能力為目標。

對打造人類與人工智慧共生關係抱有熱情與想像的不只有馬斯克一人。為了治療全球醫院裡的腦麻痺、記憶喪失、神經受損的病人們,研究團隊正在努力開發腦機介面,並自認獲得了成果。再更深入來說,2020年可能會發展到不需要腦機介面和神經調節器之間的「線」,即不用外部的監控,電子也將能自行在大腦裡運作,而為了降低副作用,只在需要的時候對電子進行刺激即可。或者他們可以允許科學家們不使用光纖,而是用光來控制大腦。這只是根據病人大腦微調神經治療過程的第一步而已,2020年這個領域將會獲得更多的進展。

「客製化嬰兒」的實現

2018年11月,一則轟動全球科學界的核彈級新聞被報導出來:有科學家使用可以剪貼DNA 的基因編輯CRISPR/Cas9技術,成功在胚胎階段完成DNA客製化的嬰兒,「訂製嬰兒」(designer baby)實際誕生了。中國南方科技大學教授賀建奎使用了基因編輯技術,讓一對愛滋病免疫的雙胞胎嬰兒成功出生,因為這對雙胞胎是世界首例人為「基因設計」下所誕生的,所以在安全與生命倫理上遭到全球嚴厲的批判。

我們該如何看待這則新聞呢?在全球的批評聲浪之中,賀建奎教授主張這是用創新技術做善事:「那些父母懇求我幫助他們可以擁有健康的嬰兒,所以我編輯了愛滋病遺傳基因CCR5,讓那對父母可以抱得基因健康的兩名女嬰,這也讓患有愛滋病的父親找到了必須活下去的理由。」如果這是拯救人類脫離高死亡率的愛滋病,為什麼全球科學家會如此憤怒呢?

賀建奎教授的這次舉動引起軒然大波的原因,在於他編輯了人類處於「胚胎階段」時的基因,他在人類胚胎階段進行基因編輯的行為,很可能會讓產生變化的遺傳形質也傳給後代子孫,再加上現在無法完全確認是否會產生基因突變,以及長期與潛在的影響是什麼,所以這項技術仍存在許多危險因素。而且,根據研究結果顯示,CCR5基因產生異變的話,即使不一定會感染愛滋病,但是會變得容易罹患其他疾病,導致壽命縮短的風險爆增。因此,有些科學專家認為這已經不再是倫理問題,而是因為以現有資訊還無法完全掌握基因突變的副作用,所以覺得這項技術非常危險,並對此感到擔憂。

然而從正面來看,這項可以改變與設計DNA的CRISPR技術的確也提升了治療許多疾病的可能性。最後,我們還可以從這次事件中得知,CRISPR技術已不再處於實驗階段,而是正在走向實際的醫療現場。

跨出實驗室,安全抵達醫療現場的CRISPR技術

2019年4月,CRISPR技術又發生了另一件里程碑級的事件,在美國賓州大學出現了首次使用CRISPR技術成功治療兩名癌症病人的例子。這兩位病人一位有多發性骨髓瘤,另一位有惡性肉瘤。其中惡性肉瘤是只占了1%癌症患者的罕見癌症,診斷與治療是出了名的困難。而這項試驗在幾個月前完成了治療,雖然還無法斷定兩位病人是否完全從癌症中解放、治療是否有效,但是醫療團隊以目前情況預估將會有一個樂觀的結果。

賀建奎事件和這次事件不同的地方在於不是在胚胎階段進行基因編輯,而是在治療疾病的過程中使用。他們提取癌症病人的免疫系統細胞,並在實驗室編輯他的基因後,再將編輯過後的細胞重新注射回病人體內。也就是這種DNA改造治療方式只在病人自身上進行與結束,所以沒有掀起大眾反烏托邦的恐懼。

這種用於治療不治之症的基因編輯以及提高技術準確度的研究正在不斷進行中。首先,中國科學院深圳先進技術研究院、中山大學、華南農業大學和美國麻省理工學院共同組成了研究小組,正透過使用基因編輯CRISPR 技術開發治療自閉症的藥物。自閉症的比例約為每一千名小孩之中會出現一名,且到目前為止還沒有開發出藥物,不過最近研究人員使用基因編輯技術在神經科學上找到了自閉症發病的原因,這也讓我們更接近治療藥物的開發了。

此外,瑞士CRISPR Therapeutics和美國的福泰製藥(Vertex Pharmaceuticals) 也在使用基因編輯技術進行遺傳性血液疾病(血友病)的治療;而位在劍橋市的愛迪塔斯醫藥公司(Editas Medicine)資助的研究則是將技術用於治療遺傳性視覺障礙的萊伯氏先天性黑矇症。

請關注數十億美元的商業模式

基因編輯技術現在已經成為商業模式的一種,而且預計以後還可以做到更多事。基因編輯除了治療疾病以外,也可以用來擴展農作物與家畜家禽的經濟價值。因此,基因編輯技術專利的潛在價值預估可達數十億美元,每年相關專利取得也將呈現激增趨勢。

現在人類來到了可以決定生命進化的臨界點,問題在於人類是否能帶著責任心去使用這個可以幫助自己的新力量。在中國出現了訂製嬰兒後,有人擔心基因編輯研究會遭到限制,但就算是以消極角度去看的話,這項技術的潛力依然非常龐大,因為它可以治療癌症或是不治之症等那些曾危害人類生命的疾病,是能帶來希望的技術。

已離開實驗階段的基因編輯技術要在醫療上廣泛使用的話,應該還要再花上數年的時間,如果考量到指數型成長科技的發展速度,它可能會比我們想的要更快地在醫療前線占有一席之地。因此,在法律、制度與處理倫理的問題上,科學家們需要先持續地討論解決方案。另外,個人、企業、政府也需要提前思考該怎麼準備與面對由這些變化所形成的未來社會。

書籍介紹

本文摘錄自《2030世界未來報告書:區塊鏈、AI、生技與新能源革命、產業重新洗牌,接下來10年的工作與商機在哪裡?》,高寶出版
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作者:朴英淑(Youngsook Park)、傑羅姆.格倫(Jerome Glenn)
譯者:宋佩芬

2020-2030年,科幻情節即將成真!
自駕車在五年內普及?農牧業在十年內消失?人類平均壽命150歲?
食物改由實驗室製造?連嬰兒都可以客製化?人類到宇宙探索新資源?

全球未來研究智庫寫給現代人,關於科技、生活、醫療等62個前瞻預測。
2020年是人類史上非常重要的轉捩點。

想像有一天,早上起床有智慧助理依照天氣與你的身體狀況,為你準備早餐、搭配服裝、確認你沒忘了帶東西,出門時全自動自駕車早已等在門口,並依照車流量在空中或地面上穿梭。
一進公司,就收到通知說你今天已生產足夠的「再生能源」,可自用或賣給全世界的人。工作時,只要將大腦與電腦連上線,用「想的」也能工作。午餐時,一個指令送貨機器人就會送來由實驗室量身打造的蛋白質及營養素餐點。

晚上回家,覺得自己看起來比昨天老,可以服用扭轉老化、提升免疫力的萬靈藥。接著,你一邊享用「人造牛排」,一邊聽著智慧助理根據你的心情所挑選的音樂、影集放鬆,度過愉快的一天。

以上情節都將在10年內發生,你準備好迎接未來世界了嗎?
本書將發展趨勢分成了以下7大部分:

  1. 區塊鏈:即將走進商業、醫療、不動產、文化等領域,各大產業將徹底轉變。
  2. 人工智慧:不斷進化與融入生活,與AI合作的後人類時代即將來臨。
  3. 創新技術融合:智慧城市即將蓬勃發展,帶來超先進、超便利的日常生活。
  4. 生技革命:實驗室的人造肉、一秒終結癌症、人類將能用「腦波」控制行動?
  5. 能源革命:自己的能源自己生產、不需要換電池的自駕車、石油燃料OUT!
  6. 健康管理革命:人類壽命延長,預防及扭轉老化的藥即將問世。
  7. 全球性的挑戰:為了跟上改變,國際間應該要有什麼對策?

人類正在經歷一段巨大的轉換期,所有人的生活、價值觀、目標也正面臨一連串挑戰。比起單一專業的人才,未來更需要跨領域的通才。面對未知感到不安一點也不奇怪,但無論是學生、上班族、投資族、企業家、創業家,都必須密切關注世界大趨勢,提前布局與準備,培養強大的適應力,才不會被時代淘汰!

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Photo Credit: 高寶出版

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核稿編輯:翁世航