科學家發現除了「脫靶效應」,CRISPR基因編輯還有另一個隱憂

科學家發現除了「脫靶效應」,CRISPR基因編輯還有另一個隱憂
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尼亞坎的研究團隊則展示了另外一種可能──縱使編輯在目標基因上成功了,但同時也可能改變其他部分的基因。

英國的弗朗西斯.克里克研究所(Francis Crick Institute)的生物學家凱西.尼亞坎(Kathy Niakan),在使用 CRISPR基因編輯技術研究特定基因對人類胚胎發展的影響時,發現CRISPR在許多胚胎中,改變了非計畫目標的基因。

柏克萊加大(University of California, Berkeley)分子與細胞生物學的教授費奧多爾.烏爾諾夫(Fyodor Urnov)對此表示:「這對所有在進行基因編輯的科學家來說是個警訊──不應該讓編輯後的胚胎成長至發展出意識」。

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什麼是CRISPR基因編輯技術?

CRISPR是Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat(群聚且有規律間隔的短回文重複序列)英文的縮寫。原為細菌用來剔除被噬菌體嵌入之外來基因的工具,將目標基因剔除後,再藉由遺傳物質的修復機制,重新黏接起被剪斷的基因片段。

科學家利用CRISPR基因編輯技術,可以進行基因功能性的相關研究。

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POU5F1基因

該研究團隊在此研究中,鎖定的是對於胚胎幹細胞自我更新至關重要的POU5F1基因段。POU5F1基因負責編譯Oct4蛋白質,其濃度的高低將會影響細胞的分化與否。

在實驗中,團隊使用了25個人類胚胎,在其中18個胚胎以CRISPR進行編輯,剩下的作為對照組研究。為遵守人類胚胎培養的道德規範,所有的實驗用胚胎都沒有培養超過14天。

在進行編輯後,團隊建立的一套運算模組,來計算有多少非目標基因受到CRISPR的影響。藉由此方法,其在原先編輯目標基因的POU5F1外,發現了雜合性缺失(loss-of-heterozygosity)。且POU5F1所在的六號染色體上,也有丟失與額外基因植入的現象。

團隊估計,非計畫中的基因編輯約出現在22%的胚胎細胞上。

隱憂

將基因編輯技術應用於人體上,除了道德問題以外,其中一大隱憂便是所謂的「脫靶效應」(off-target effects),意即CRISPR並未照實驗上所計畫的編輯目標基因,反而去改變了其他不該接觸的基因段。

而尼亞坎的研究團隊則展示了另外一種可能──縱使編輯在目標基因上成功了,但同時也可能改變其他部分的基因。

在賓系法尼亞大學(University of Pennsylvania),以CRISPR研究心臟病療程的心臟科醫師(cardiologist)基蘭.穆蘇努魯(Kiran Musunuru)也表示:「這種現象,代表即使我們在使用CRISPR成功編輯了目標基因,也有可能影響到了周圍的基因。而這可能會帶來未知的負面效應,進而延伸出更多問題。」

未來發展

在2018年中國科學家讓基因編輯的嬰兒誕生在世上後,國際開始更重視CRISPR應用上的管制。此研究顯示了該種基因編輯技術還有許多科學家未知、無法控制的部分。

穆蘇努魯形容CRISPR就像是把一本書的某一頁撕掉,再黏上新的紙張一樣,是個「非常粗魯的過程」。穆蘇努魯補充,CRISPR在編輯過程中雖常造成其他改變,但通常都非常微小。然而如研究所示,其偶爾也會刪除、擾動大片段的基因組。

因此若要將此技術應用於人體上,除了道德上的問題需克服外,技術面也仍未完全成熟。仍需要更多的研究來了解其影響範圍,避免意料之外的結果發生。

延伸閱讀
參考資料
  • A gene-editing experiment on human embryos went horribly wrong. (2020, June 17). Futurism
  • Mullin, E. (2020, June 17). Scientists Edited Human Embryos in the Lab, and It Was a Disaster. OneZero
  • Alanis-Lobato, G., Zohren, J., Mccarthy, A., Fogarty, N. M., Kubikova, N., Hardman, E., . . . Niakan, K. K. (2020). Frequent loss-of-heterozygosity in CRISPR-Cas9-edited early human embryos. doi:10.1101/2020.06.05.135913

本文經明日科學授權刊登,原文刊載於此

責任編輯:朱家儀
核稿編輯:翁世航