首批“美国制造”的基因编辑人类胚胎诞生,华大基因参与研究

澎湃新闻记者 贺梨萍 实习生 叶娜妮

2017-08-03 06:51 来源:澎湃新闻

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美国在2017年初对基因编辑技术谨慎放开后,国内科学家就开始在该领域内迈出大步伐。当地时间8月2日,学术期刊《自然》(Nature)在线发表了美国俄勒冈州健康和科学大学的俄裔研究员舒赫拉特•米塔利波夫(Shoukhrat Mitalipov)团队及其合作者的一项研究成果。这是继中国之后,一批“美国制造”的经过基因编辑的人类胚胎诞生。
舒赫拉特·米塔利波夫
这项研究由多个研究机构联合完成。除米塔利波夫团队外,还包括韩国基础科学研究所国立首尔大学Jin-Soo Kim研究组、加州Salk生物医学研究所Juan carlos izpisua Belmonte研究组以及中国华大基因的3名研究人员(华大基因研究院院长徐迅在列)。米塔利波夫曾在2007年完成全球首批克隆猴子胚胎,还在2013年,通过向剔除细胞核物质的卵细胞内植入皮肤细胞,成功培育出了人类胚胎干细胞。
在这次的研究中,米塔利波夫团队以修复携带MYBPC3(心肌肌球蛋白结合蛋白 C3)突变基因的人类胚胎细胞为目标。MYBPC3是人类发现的第二个肥厚型心肌病(HCM)致病基因,而40%的基因缺陷型肥厚型心肌病由此突变引起。肥厚型心肌病会引起心脏猝死和心力衰竭,平均每500人中就有1人可能患上该病。目前的治疗手段大多只能缓解患者发病症状,并不能解决遗传性因素。
研究认为,胚胎植入前遗传学诊断能阻止基因缺陷型肥厚型心肌病二代遗传。也就是说,在体外受精过程中,对具有遗传风险患者的胚胎进行诊断之后,选择没有突变基因的胚胎植入宫腔。在没有基因编辑技术介入的情况下,假设父母双方只有一人发生杂合突变(如aa突变成Aa),那就意味着有50%的受精卵是正常且适合植入宫腔的,而另外50%受精卵就得被弃用。
研究者认为这种弃用是一种“浪费”,而基因修复可以挽救这些突变受精卵,从而增加适合植入宫腔的受精卵数量和显著提高怀孕几率。目前临床数据显示,MYBPC3突变几乎都是杂合突变,米塔利波夫基于此选择受精胚胎,其中精子的捐献者均患有由基因突变引起的遗传性疾病,卵母细胞的捐献者均健康。
米塔利波夫团队使用的基因编辑技术仍然是当下最热的CRISPR/Cas9技术。不同于此前其他团队的实验结果,米塔利波夫团队的这项研究证明,在他们的实验过程中,CRISPR/Cas9能更高效地剔除突变基因,并且在一定程度上减少了此前在胚胎基因编辑中看到的脱靶问题和嵌合现象的产生。
脱靶问题指的是编辑非目标基因,而嵌合现象则是出现胚胎中的部分细胞遭“遗漏”,没有被编辑的情况。这些现象构成了对人类胚胎进行基因编辑的安全性担忧。
在以往的发表研究中,CRISPR/Cas9系统被注射进实施体外受精之后的原核期胚胎中,由此产生的最大问题是会产生一些嵌合体胚胎,得到的是混合有基因编辑修复过和没有修复过的胚胎。而这次米塔利波夫团队则是通过将CRISPR/Cas9注入减数分裂II期(metaphase II,MII)卵母细胞,并几乎在同时使其受精。
实验结果表明,在实验组中的58个受试胚胎中,有42个胚胎没有携带肥厚型心肌病致病基因突变,占比74.2%。如前所述,如果不进行基因编辑处理,在50%精子正常的情况下,受精卵正常的概率是50%。也就说,这项研究通过基因编辑将产生完全正常的胚胎的比例从50%提高到了74.2%。而另外27.6%也就是16个胚胎引入了一些非预期的插入或缺失突变。
另外,通过将CRISPR/Cas9注入减数分裂II期(metaphase II,MII)卵母细胞并几乎在同时使其受精这种方式,实验组未出现嵌合体胚胎。相较之下,CRISPR/Cas9系统被注射进实施体外受精之后的原核期胚胎的实验中,出现嵌合体胚胎的概率为27.8%。
此外,文章最后提到,未来还需要更多相关的研究去进一步解决对纯合突变的致病基因进行基因编辑修正的问题。
米塔利波夫制造了美国本土第一批基因编辑人类胚胎的背后,是美国原本对基因编辑技术持有的保守态度开始出现谨慎性松绑。
2017年2月,美国国家科学院与美国国家医学院下属的人类基因编辑委员会发布了一份报告,表示在严格的监管和风险评估下,基因编辑技术应可用于对人类卵子、精子或胚胎的编辑,但仅限于双方均患有严重遗传疾病的父母,想要健康的孩子却别无选择时。
在美国,关于人类胚胎的相关研究因被涉及伦理问题,无法得到联邦经费的资助。不少伦理学家和社会团体担心,这会引向“设计婴儿”,加剧社会不公平。上述报告就明确补充,现在,基因编辑技术不应该用于增强人类智能等非治疗性目的,因为这样做被认为是不公平的。此番米利塔波夫实验中用到的胚胎也只存活数天时间,并不会着床培育。
值得一提的是,全球首例对人类胚胎基因的编辑修改由中国科学家完成。2015年,中山大学教授黄军就在Protein & Cell发表论文,宣布利用CRISPR-Cas9技术对人三原核(3PN)受精卵中的HBB(β-globin gene,编码红细胞β-珠蛋白)进行了改造,这一突变的致病基因会导致严重遗传病β-地中海贫血症。黄军就也在当年被《自然》期刊评为十大年度科学人物。
黄军就也第一时间对米利塔波夫团队的研究成果作出了点评,他表示,2015年,我们团队在全世界范围内首次尝试利用人的三原核胚胎(临床废弃的不能存活的异常胚胎)研究了CRISPR/Cas9在根治地中海贫血症遗传疾病方面的潜能和风险,发现了在早期三原核胚胎中进行基因编辑还存在脱靶、胚胎镶嵌性和同源重组效率不高等重大瓶颈问题。而米利塔波夫团队的论文研究结果对于后期如何开展杂合子遗传疾病有着重要的指导意义。
责任编辑:沈关哲澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
关键词 >> 基因编辑,人类胚胎,美国,基因缺陷型遗传病,澎湃

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