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从“中国首款三代测序仪”到“世界首例基因编辑婴儿”,生命可以去“读”但不能肆无忌惮去“写”

上个世纪中叶,DNA双螺旋结构的发现开启了生命科学的黄金时代。由此,DNA双螺旋结构的发现与相对论、量子力学并誉为20世纪三大科学发现。上世纪90年代开启的“人类基因组计划”也被列为“20世纪三大科学计划”之一,与“曼哈顿及阿波罗计划”齐名。

21世纪初,耗时10余年的人类基因组计划完成,伴随着人类30亿个碱基以及数万个基因序列被测定完成。基因作为生命的密码,不仅能操纵和调控生命,还能通过复制将遗传信息一代一代传递下去。全世界范围内的人与人之间,基因组序列的差异只有1%,而生老病死、外貌性格等差异恰恰是由这些基因信息的差异所主导的。因此,“测定”与“解读”这些生命的密码成为了步入21世纪以来生命科学领域最热门的研究。

DNA测序,作为生命密码的“读取”手段,是过去十几年生命科学与医学应用领域中发展最快的技术。以Illumina为代表的二代测序技术的诞生,标志着大规模、高通量基因测序时代的来临。然而,作为基因信息获得过程中最重要的仪器,测序仪的发展一直由国外公司主导,来自中国本土的原创技术几乎为零。2013年,华大基因完成对美国上市公司、高通量测序仪生产商Complete Genomics的收购,进而获得基因测序仪的生产能力,以期打破Illumina等公司的垄断。次年,海外归国的贺建奎博士开始组建团队,在国外已停产的Heliscope单分子测序仪的基础上进行研发。贺建奎博士作为创始人所成立的瀚海基因公司便以“为临床基因检测提供测序仪”为定位开始了国产测序仪的研发。

2015年,瀚海基因发布中国首个第三代单分子测序仪原理样机GenoCare,在国内引起了一时的轰动。身为瀚海基因创始人兼CEO、中国南方科技大学副教授的贺建奎曾说:“我们一直与中国和世界各地著名的医生和科学家们一起努力开发一项新型的技术,使得基因组测序能够成为人们日常疾病检测服务的一部分。” 2018年4月,瀚海基因已完成2.18亿人民币的A轮融资。(详见下图)

这里,我们暂且不对瀚海基因测序仪的性能及市场竞争力做评价。因为对于一款测序仪的研发生产工作来说,最坏结果无非是被市场淘汰,由资本买单,对于人类社会造成不了多大的影响。

生命密码不可肆意“侵犯”

如果说大规模、高通量测序技术的发展赋予了人类对生命密码进行快速“读取”的能力,那么,近年来发展迅速的基因编辑技术,则使人们获得了对生命密码直接进行“改写”的能力。生命,犹如上帝编写的一套“程序”。我们可以想尽一切办法的去读取、去破译,但万万不能轻易去改写“源代码”,否则生命过程中会产生我们意想不到的各种“bug”。被称为“科学狂人”的Craig Venter的曾说过,我们当前对人类生命密码的认知还不到1%。在这样的情况下,肆无忌惮的去改写生命,后果是极其严重,人类的基因池将受到难以挽回的“污染”。

成年人体内大约有40万~60万亿个细胞,如此巨大数量的细胞在最初发育时都来自一个直径只有0.1毫米的单细胞,即受精卵。之后,受精卵会发育到含有多能性干细胞的囊胚,这一过程是人类胚胎发育过程中最早也是最重要的阶段。贺建奎及其团队通过显微注射技术把 Cas9 和 sgRNA 注射到受精卵中,改写了生命的密码。由此而产生的基因编辑婴儿未来将面临着无法预知的风险。正是由于这种未知,使全人类为之恐惧。

今日,第二届人类基因组编辑国际峰会现场,就“基因编辑婴儿”事件,贺建奎首次公开回应。

在演讲中,贺建奎首先回答了为何选择CCR5基因,并如何改写这一基因的问题。

贺建奎在演讲谈到,尽管艾滋病的预防与治疗取得了巨大进步,但HIV感染仍然是发展中国家的重要负担。对于生命最初几个月的婴儿,其感染HIV病毒的风险则更高,这是一种严重未满足的医疗需求。而天然的CCR5变异能产生HIV-1的抵抗,这也是当前研究最多、最广为人知的基因之一。

对于这项研究,贺建奎表示,其团队首先在小鼠中进行了CCR5基因敲除,以研究多代效应。针对三代小鼠的研究表明,其各项组织正常,一般行为评价也未见异常。随后,其团队对一种非常具有潜力的sgRNA进行了评估,以判断是否可以被用于人类CCR5基因敲除。研究发现,该sgRNA靶向的序列在猴子与人之间都是保守的。此外,研究团队还对注射基因编辑的时机等进行了探索,并发现早期的微量注射可以最有效地提高编辑效率,减少嵌合体的风险,并通过设计二次注射,对整个方法进行了调整。

对于两名基因编辑婴儿的诞生过程。研究团队首先对双亲进行了Sanger测序,建立了个体化的脱靶高危位点库。在将Cas9及向导RNA注射到受精卵后,研究团队从囊胚中获取了3~5个细胞进行了PGD。妊娠后,研究团队分别在12周、19周和24周对cfDNA进行了靶向测序,以评价脱靶效应、原癌基因状态以及CCR5编辑状态。胎儿出生后,其团队还还收集脐带血、脐带组织以及胎盘,再次进行测序以评估不同样本中的基因编辑效果。贺建奎表示,胎儿出生后未观察到的脱靶效应和大的基因缺失。虽然其识别出一个潜在的脱靶位点,但其位于非编码区域,研究团队也无法确定这是遗传因素或基因编辑造成的。

贺建奎表示,他将在今后的18年对儿童进行监控,包括检测HIV感染的可能性,并进一步在组织水平和细胞水平进行脱靶效应和嵌合效应的检测。同时,他表示愿意用自己的后半生为这两个孩子负责。

在讨论环节,众多基因编辑领域专家和研究者向贺建奎提出了疑问。让人意外的是,在讨论中,贺建奎表示,还有另一名孕妇现在确定处于早期妊娠阶段。

北京大学魏文胜教授提问道:“目前不允许将基因编辑的胚胎植入人体子宫,这是中国以及国际社会的共识,你为什么要越过这条红线?为什么要秘密进行这项实验?”

贺建奎回答比较含糊:“关于脱靶测序问题,在植入前,我们对胚囊的3~5个细胞进行活检,由此我们放大了单细胞测序。使用目前最先进的测序技术能够获得95%覆盖率的单细胞基因组,或者80~85%的覆盖率。有可能出现脱靶效应,但我们还有很多其他的胚胎,通过这些胚胎,我们可以了解脱靶的程度。”对于“越线”问题,贺建奎回应道:“我一直在科学界工作。我在伯克利冷泉港会议和一个亚洲会议上报告过。我征求了他们的意见,随后进行了临床试验,当时我还与美国专家就伦理问题进行了讨论。”

对于该临床试验的设计与进行,贺建奎在另外的提问中也做了解释:“我首先和几位科学家和一位医生谈过,想知道CCR5是否是值得研究的。然后我们获得了一些研究数据,并在2017年的冷泉港基因组编辑会议上作了介绍。在会议上,我得到了积极的反馈和批评,同时也有一些建设性的建议。我还与一些科学家和美国顶尖的伦理学家进行了交流,例如斯坦福和哈佛的专家。我也向来访的科学家展示了我的研究数据。”

哈佛大学David Liu教授也提出了疑问:“参与试验的夫妇有其他方法生育未受感染的婴儿。这几名特定患者什么样的医疗需求未得到满足?另外,进行基因编辑的决定来自患者,而不是科学界。作为科学家、医生和独立团体,为病人做出决定的责任体现在哪里?”

对此,贺建奎回应:“第一个问题是CCR5是否是未满足的医疗需求。实际上,我认为这不仅适用于试验中的情况,而且适用于数百万儿童,他们需要这种保护,因为没有HIV疫苗。对于这个具体案例,我感到自豪。因为他们失去了对生活的希望,但有了这种保护,他表示将努力工作赚钱,照顾他的两个女儿和妻子。”对于责任问题,贺建奎并未给出答复。

据贺建奎介绍,该临床试验的知情同意书已经在网站公布。他表示,参与该试验的夫妇都有良好的教育背景,了解艾滋病的最新研究进展,并对基因编辑技术以及潜在的效果和好处有很好的了解。在征求过程中,贺建奎表示对整个知情同意书进行了详细的解释,“从第1页到第20页,逐行,逐段。”此外,参与者有权提出疑问,并可带回家商议决定是否参加试验。在问及小组成员中有谁受过知情同意的训练时,贺建奎表示:“该试验经过两轮知情同意征求。第一轮是非正式的,由我实验室的一名成员实施,进行了2个小时的谈话。第二轮更加正式,我和两位观察员一起参与了1小时10分钟的谈话。当我们起草知情同意书时,我阅读了NIH关于知情同意的指南。”

同时,贺建奎表示,该研究经费主要来自自己的薪资,测序费用由大学方面支付。但其名下的公司并未提供任何支持,包括人员、设备和场地。

在问答期间,大会主席、诺奖得主David Baltimore表示:“我仍然坚持我们上次会议结束时的声明,除非安全问题得到解决,并达成普遍的社会共识,否则在临床上进行生殖细胞基因编辑都是不负责任的。我不认为这是透明的一个试验过程,并且在医学上是不必要的。明天会议委员会将开会并发表声明。”

当有人问道:“如果是你的孩子呢?”贺建奎说:“如果是我的孩子,我会第一个尝试。”

结 语

回顾贺建奎回国后的这6年,其个人实现了所谓从“中国首款三代测序仪”到“世界首例基因编辑婴儿”的“壮举”,然而,真正要实现生命从“读取”到“改写”的这一过程,6年时间是远远不够的。

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本文由 测序中国 作者:戴胜 发表,转载请注明来源!

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