《基因編輯大革命》: 「基因編輯豬」是器官移植新希望?

《基因編輯大革命》: 「基因編輯豬」是器官移植新希望?
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我們想讓你知道的是

我希望基因編輯的牲畜能讓農業生產方式變得更為人道,更加環保,而不僅僅只為牟取更大的利潤。小鼠和猴子這類基因編輯模式動物能夠增進我們對人類疾病的認識,基因編輯豬未來可望成為移植器官的來源,但我也期待進行這類工作時能考量到動物福利。

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文:珍妮佛・道納(Jennifer A. Doudna)、山繆爾・史騰伯格(Samuel H. Sternberg)

農場變藥廠

許多科學家認為豬本身就是一種潛在的藥物來源。在不久的將來,我們可能把豬當作生物反應器,用來生產具有療效的人類蛋白質等珍貴藥物,由於這些蛋白質太過複雜,不太可能完全由人工合成,只能在活細胞中生成。科學家已經尋找其他基因轉殖動物來生產這類「生物製藥」(也有人稱為「農場製藥」)。美國食品藥物管理局最早批准的這類藥物是抗凝血酶(antithrombin),來自基改山羊分泌的乳汁。另一種批准的藥物是從基改兔的乳汁中分離出來的,而在2015年,食品藥物管理局又批准了一種由基改雞的蛋白中純化出來的蛋白質藥物。

從基改動物萃取藥物,比起從培養細胞中萃取,優點更多,諸如產量更高、更容易量產、成本更低。CRISPR可望更進一步改善生物製藥的製造,讓科學家一開始就能更精確掌握基改動物的遺傳組成。比方說,在豬的實驗中,顯示出CRISPR能夠完全以人類基因來取代豬身上相對應的基因,因此能夠有效提高那些基因編碼的有療效蛋白質的產量。只要想到目前世界上有許多暢銷藥物都是以蛋白質為主成分,就能輕易看出基因編輯在這個特殊的醫學次領域中顯然是潛力無窮。

器官移植新希望:基因編輯豬

有些科學家的期待還不僅於此,希望能把豬當作異種移植的器官來源,讓牠們大量提供可更換的完整器官給人類。這並不是全新的想法,長久以來都有人一直認為豬適合擔任這個角色,原因就跟偏好以豬做為疾病模式的一些理由相同。牠們容易培育飼養、繁殖速度又快,而且牠們的器官大小與人類相去不遠。但這也是長久以來可望而不可及的夢想。人體的免疫系統擺出種種防禦陣仗,對醫師和接受器官移植的患者而言,這會構成嚴重的器官排斥問題,即便是人與人之間的器官移植也會發生排斥問題。異種器官移植能維持長期成功的案例極其珍貴,幾乎沒有幾例。

今日比以往更需要器官移植的新選項,目前光是在美國,就有超過十二萬四千名患者在等待移植器官,但每年只能執行約莫兩萬八千場移植手術。據估計,每十分鐘就有一名新患者加入全美器官移植的等待名單,而每天平均有二十二人在等待中死亡,或是因病情加重而失去接受移植手術的資格。捐贈器官短缺,是造成這種不斷上演的悲劇的主因。

包含CRISPR在內的新技術,現在提供了方法,可以製造適合把器官移植給人類的豬隻。以前的研發集中在將人類基因轉移到豬的基因體中,以避免異種移植到人體的豬器官引發超急性免疫排斥反應。目前則是利用基因編輯來關閉可能引起人類免疫反應的豬基因,並且去除已經嵌入豬基因體的豬病毒,避免這些病毒在移植過程中感染人類的風險。最後,選殖技術則提供了將不同的基因修改組合起來送入單一動物的方法。正如這個領域中一家知名公司的執行長所說的,他們的目標是要提供「無限量的可移植器官」,而且可以按照訂做條件生產。

這項工作還處於早期階段,不過已經寫下以基因工程打造人源化豬隻所創下的記錄,這種豬的腎臟移植到狒狒體內維持了六個月之久,另一隻接受豬心移植的狒狒則存活了兩年半。目前已經有數千萬美元的資金投注在未來的研究上,一家名為Revivicor的公司已經擬定計畫,每年要在擁有外科手術室和直升機停機坪的最先進設施中養一千頭豬,在有需要的時候提供新鮮的器官。看來異種移植進入臨床試驗似乎只是時間的問題,屆時CRISPR將為迫切需要新器官和新藥物的患者開啟一扇新的大門。

基因編輯大革命_圖P184
Photo Credit: 天下文化出版提供
利用人源化豬隻進行異種器官移植
思考編輯動物基因的目的

我在夏威夷生機蓬勃、充滿動物與植物的生態系中成長,說實話,我對使用CRISPR修改動物遺傳組成的所有方式都非常著迷,但同時也感到有些擔心。我希望基因編輯的牲畜能讓農業生產方式變得更為人道,更加環保,而不僅僅只為牟取更大的利潤。小鼠和猴子這類基因編輯模式動物能夠增進我們對人類疾病的認識,基因編輯豬未來可望成為移植器官的來源,但我也期待進行這類工作時能考量到動物福利。

然而,在CRISPR基因編輯成為可能之後,難免會有些人不是為了醫療目的,或者不是為了畜牧業的永續發展、提升生產力或人道措施而進行動物基因編輯。「迷你豬」是全新品種的小型豬,就是其中一個例子。

這些可愛的小豬是由中國的華大基因公司(Beijing Genomics Institute)運用基因編輯技術創造出來的,在國際生物科技領袖峰會首次亮相時,讓大眾為之驚豔。迷你豬長大後的體重約為十五公斤,與中型狗差不多,一般農場養豬的體重會超過一百公斤。華大基因最初是為了研究目的而創造這樣的小豬,因為正常豬的龐大體型對實驗室的研究人員來說是一項沉重負擔。科學家阻斷對生長激素有反應的基因,使基因不再作用,讓豬無法正常發育。

雖然這些迷你豬有助於研究,中國有一組研究團隊最近在迷你豬身上進行CRISPR,建立人類帕金森氏症的動物模式,但華大基因也計畫將迷你豬當作寵物販售,每隻價格大約為一千五百美元。或許將來有一天,甚至可以根據消費者選擇的特徵,諸如毛皮的顏色或圖案等客製化,這一切都因為基因編輯而可能成真。

訂製自己喜愛的寵物

有一些生物倫理學家,如哈佛醫學院的朗斯沃夫(Jeantine Lunshof)等人,擔心基因操作淪為「僅是為了滿足人類個人的美學癖好」。然而,我並不認為這是一件絕對的壞事。畢竟,你到任何一座普通的寵物公園裡,在一隻重達九十公斤的大丹犬旁,都可以看到一隻兩公斤重的奇娃娃,而這兩種狗屬於同一個物種。

育種不過就是另一種基因操作工具而已,跟CRISPR一樣,只是育種更難以預測結果,而且效率較低。況且在這個例子中,甚至可以看出這類的基因操作比育種來得好。迷你豬的健康狀況與牠們正常大小的親屬沒有什麼不同,但是讓狗大量進行近親繁殖卻會讓牠們的健康出問題,造成嚴重後果。拉布拉多犬大約有三十種遺傳問題,60%的黃金獵犬會罹患癌症,小獵犬通常患有癲癇,騎士查爾斯王小獵犬也因為頭骨變形,常會有癲癇發作和長期疼痛的問題。這些健康問題看了讓人心疼,但是人類並沒有就此打消念頭,仍然依照個人偏好來決定這群人類最佳良伴的基因型和表現型。

相關書摘 ▶《基因編輯大革命》:CRISPR修改人類胚胎基因體的隱憂

書籍介紹

本文摘錄自《基因編輯大革命:CRISPR如何改寫基因密碼、掌控演化、影響生命的未來》,天下文化出版
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作者:珍妮佛・道納(Jennifer A. Doudna)、山繆爾・史騰伯格(Samuel H. Sternberg)
譯者:王惟芬

微小細菌的免疫系統,如何變成強大的基因編輯技術,
這項科技又如何成為掌控生物演化的力量,
CRISPR革命即將帶來前所未見的影響,我們準備好了嗎?

CRISPR原本是自然界中細菌的一種免疫系統,能鎖定入侵的病毒,剪碎它們的DNA。經過科學家的解密,利用這種系統的定位與切割功能,把它變成最簡單、便宜又有效的基因編輯工具。如今我們幾乎可以用CRISPR來編輯每一種生物DNA上的字母,到了隨心所欲的地步。

這項基因編輯技術問世才短短幾年的時間,已經成功製造出能夠抵抗病害的水稻、無法傳播瘧疾的蚊子、還有不再長角的牛,並可望開發出治療癌症、遺傳疾病及愛滋病等疾病的療法。甚至有科學家正在讓滅絕的猛獁象復活,還有人想要把訂製寵物、訂製嬰兒發展成一門產業。

現今每一種生物的基因組成,都是長達幾十億年的演化傑作,現在透過CRISPR,只要短短幾天,就可以快速改編所有基因。人類接手了演化的力量,能夠左右所有生物未來的命運,這似乎帶來無限前景,但也可能帶來駭人危機,像是無意間擴大遺傳不平等,或使一個物種消失。

道納是解開CRISPR機制的科學家之一,與研究夥伴史騰伯格合力寫下本書,親自導覽這趟驚心動魄的發現歷程,以及令人嘆為觀止的科學原理、各種實用或充滿想像力的應用,以及未來的展望和隱憂。微小細菌的免疫系統,如何變成強大的基因編輯技術,這項科技又如何成為掌控生物演化的力量,CRISPR革命即將帶來前所未見的影響,我們準備好了嗎?

本書特色

  • 第一本專門以CRISPR基因編輯為主題的科普書。只要透過這本書,即可以對於基因編輯科技與CRISPR的起源、來龍去脈、科學原理及前景有全盤認識。
  • 作者道納是CRISPR領域的帶頭者之一,史騰伯格也是該領域的專家,很少有科學家在做出重大科學突破之後很快就寫成通俗著作,對於想了解這項主題的人來說,這本書是最佳選擇。
基因編輯大革命
Photo Credit: 天下文化

責任編輯:潘柏翰
核稿編輯:翁世航

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