零距離科學:基因編輯——加速樹木生長、乳牛不長角、人藥到病除?

零距離科學:基因編輯——加速樹木生長、乳牛不長角、人藥到病除?
基因編輯為人類的未來帶來何等的想像?

我們想讓你知道的是

今集的《零距離科學》,就讓我們看看基因編輯技術的潛在應用,揭示人類的未來如何被改寫。

文:吳家亮(香港中文大學通識教育基礎課程講師)
圖:香港電台

基因編輯堪稱二十一世紀最重要的生物學發現。CRISPR-Cas9技術從發現到獲得諾貝爾化學獎,只歷經短短八年的時間,可見這技術的重大影響。

眾所周知,中國科學家賀建奎在2018年把此技術用於人類受精卵,引來科學界及普羅大眾的非議。不過,撇開這有違倫理的應用,基因編輯技術確實在氣候變化、糧食供應、醫療等重要領域皆能造福人類。

今集的《零距離科學》,就讓我們看看基因編輯技術的潛在應用,揭示人類的未來如何被改寫。

Gene_6
還要多久,基因編輯技術才可應用到人類身上,杜絕遺傳病,令小朋友免受先天疾病的痛苦?

編輯的森林

樹木,無論是生是死,都對人類相當重要。活生生的樹可以把二氧化碳——全球暖化的元兇——轉化為它的一部分,並釋出我們賴以為生的氧氣;砍下來的樹則是房屋、傢具、紙張的原材料。

如果我們可以讓樹木生長得更快,讓它在惡劣環境也能生長,或是讓它能從大氣中吸收更多的二氧化碳,那便可以改善全球暖化的問題。如果我們可以改變它的樹幹結構,讓它更容易被工業加工,那便可以減低企業成本和能源損耗。

以往,農夫會用雜交的方式改變樹木的特徵,但這方法相當緩慢,而且有著很大的變數。今天,受惠於基因編輯技術,有科學家針對木質素(Lignin)和纖維素(Cellulose)的調控機制進行特定編輯,把樹木本身某些基因除去、置換,短時間內便能製造出上萬棵的基因編輯樹苗,並可仔細分析它們的特性。或許,全球暖化的危機不是那麼讓人絕望……

Gene_2
基因編輯樹苗會是解決全球暖化的良方嗎?

牛牛大變身

讓我們從林木業轉移視線至畜牧業。不少人吃早餐時會喝上一杯鮮牛奶,這有賴乳牛的產出。乳牛本身有角,但牠的角卻會對其他乳牛和農夫帶來潛在危險。因此,農夫一般會在乳牛出生不久,電擊頭部用來長角的細胞,過程實在殘忍。

但是,也不是所有的牛都長角,例如為我們提供牛肉的安格斯牛就不長角。有科學家想出一個辦法,就是以基因編輯的方式,把安格斯牛的無角基因置換在乳牛上,於2015年成功繁殖出無角乳牛。

Gene_5
科學家希望可以利用基因編輯技術大量培育無角乳牛。

說過牛奶,讓我們來談談牛肉。農夫總希望繁殖出全男班的肉牛,因為用同等份量的飼料,公牛產出的牛肉比母牛多15%。科學家可以幫助農夫達成這個心願嗎?

原來,一個在Y染色體上名為SRY基因已足以決定一頭牛的性別。這在人類身上其實大同小異,有時SRY基因會從Y染色體易位到X染色體,當帶有這條特異X染色體的精子跟卵子結合,生出來的嬰孩從基因上看是女孩(XX),但從性徵上看是男孩。

科學家再次用基因編輯技術,把SRY基因插入其中一條17號染色體,於2020年成功繁殖出一頭基因編輯肉牛。這頭公牛的後代有75%會帶有公牛的性徵(50%是遺傳了Y染色體;25%是遺傳了特異17號染色體)。

可惜的是,美國的食品及藥物管理局把基因編輯的工具視為施加在動物身上的藥物,需受到嚴格的監管。這讓本能造福畜牧業和動物權益的成果停留在科研領域,還望他日能盡快解禁。

Gene_4
科學家在顯微鏡下把基因編輯的工具注入細胞。

藥到病除

最後,不得不提的是基因編輯技術如何在人類醫療中應用。鐮刀型紅血球疾病(Sickle-cell disease)影響著全球超過300萬人,患者面對突發的疼痛、貧血、中風等健康問題,平均壽命也較短。

科學家發現,有些患者卻不會發病,原因是他們能持續製造有較強抓氧能力的胎兒血紅蛋白(Fetal hemoglobin),彌補了鐮刀型紅血球疾病對運輸氧氣的影響。

科學家把這一發現加以運用,以基因編輯技術把骨髓幹細胞中負責關閉胎兒血紅蛋白製造的部分除去,然後把這些幹細胞移植到病人體內,病人從此不用靠輸血維生。這個療法尚處於臨床測試階段,而且進行幹細胞移植前需要做徹底化療,也有不少的風險,但也為病人帶來了治癒的曙光。

基因編輯技術也開始被應用在治療癌症、先天失明等疾病。或許有一天,所有跟基因有關的疾病也能藥到病除……

Gene_3
基因編輯能徹底根治鐮刀型紅血球疾病。

《零距離科學》(節目網站)集合世界各地有趣的科學紀錄片,網羅與大眾息息相關的科學資訊,啟發觀眾的好奇心和求知慾,節目逢星期五晚9時30分在港台電視31播映。本集於6月18日播出。港台網站及流動程式RTHK Screen視像直播及提供節目重溫。

責任編輯:Alvin
核稿編輯:Alex


Tags: