我们已经可以编辑人类胚胎中的基因。我们甚至可以通过某种方式将编辑传递给下一代,从根本上改变一个家庭的基因组成。

然而,做得好,更困难。

谈论人类生殖细胞基因组编辑时不可能不提到CRISPR婴儿惨败。一年多前,一位无赖的中国科学家对已受精的人类胚胎进行了编辑,理论上,这使它们能够抵抗艾滋病毒感染。两个双胞胎女孩出生了,她们的基因组都发生了多次意外编辑,带来了未知的健康后果——这些后果可能会遗传给她们的后代。

在制作科学历史的烈士尝试清楚地表明,除了任何涉及种系编辑的情况下,伦理和道德问题 - 也就是说,在鸡蛋,精子或胚胎中进行基因编辑 - 我们在技术上是简单的。没有错误:克里普尔可能有一天可以在整个家庭线条,甚至人类中消灭毁灭性的遗传疾病。但要负责任地利用其力量,我们需要先掌握大量技术挑战。

本周,英国伦敦弗朗西斯克里克研究所(Francis Crick Institute)人类胚胎和干细胞实验室(Human Embryo and Stem Cell Laboratory)的丽贝卡清扫文章自然。他们解释说,CRISPR作为一种基因编辑器正变得越来越具体和高效。不过,对于它来说,要逐渐移入生殖系编辑,我们还需要了解早期人类发展期间具有细胞的工具探戈如何。

他们争辩的数据,不仅会让我们放大人类生活的创造。它还将有助于“通知辩论对该技术的潜在安全有效的临床用途”,并真正将门解锁为人类基因组。

为什么要用我们的遗传源代码扮演上帝的角色?

纠正危险的基因突变是追求种系编辑的原因之一,但CRISPRing人类胚胎也可以揭示人类胚胎发育的最初阶段。研究表明,试图通过研究老鼠来了解人类胚胎是如何形成的,可能不是最好的途径,特别是当涉及到利用这些结果来解决不育和其他医学问题时。有了CRISPR,我们对这些以前完全无法实现的早期阶段有了深入的了解。我们可能只会解决不孕问题,但也可能在未来允许同性夫妇有基因孩子。

另一个论点是,夫妻已经屏蔽了IVF期间威胁危及生命的突变,并且在最重要的是,使用CRISPR是不必要的。不是真的,作者争辩说。当父母双方都携带类似的突变时,将它们剥夺了他们在IVF期间没有选择的健康儿童的能力 - 是答案。“最终,为患者提供更多选择使他们能够使他们成为最适合其家庭和环境的选择,”他们说。

为什么在胚胎中的基因组编辑是如此艰难

这是它变得复杂的地方。

这是一个:我们仍然试图取消挑剔的剧本如何在形成胚胎的细胞中,希望我们能够减少潜在的错误。

让我来解释一下:身体中的所有细胞都有一个“细胞周期”,有点类似于一个人的生命周期。许多“关卡”生活事件发生在这个过程中。可以说,细胞可以决定分裂并生育后代,也可以暂时停止其周期并停止自身的衰老。在一个周期中,细胞的DNA在数量和包装上发生巨大变化,为生命的下一个阶段做准备。

问题?CRISPR的方式很大程度上取决于细胞周期。虽然被称为“编辑”,Crispr实际上破坏了基因组,在DNA股中产生了破裂。我们称之为“基因编辑”是电池的DNA修复系统踢到高速档,试图修补留下的混乱克里普尔。无法修复的成人细胞在检查点停止他们自己的生命周期,以获得更好的良好。然而,在胚胎中,细胞并不像利他主义。他们的检查站没有完全开发,因此即使具有严重的突变,它们也可能继续开发。放大返回完整的图片,这意味着所产生的早期胚胎可能会保持累积损坏,直到它在母亲的子宫内失败。

为了解决这个问题,科学家们尝试了其他方法,在CRISPR剪短后促使胚胎接受健康的DNA模板,理论上这将减少不必要的突变。一种想法是在特定的时间将CRISPR机制注入受精卵,这样它就能在合适的时间捕捉早期胚胎,减少两条链的DNA断裂。虽然理论上是可能的,但这个过程有点像一个人试图从高速列车上跳到一个快速旋转的摩天轮上的特定车厢,同时蒙上眼睛。

但是科学正在进步。虽然我们还没有关于人类胚胎细胞周期的详细影片,但多个实验室已经开始拼凑一个,希望它最终能在注射CRISPR时帮助“脱去眼罩”。还有一些人正在考虑在受精前将CRISPR添加到精子中作为一种替代方法。

与此同时,科学家们也在试图描述由CRISPR引起的整个突变范围。它不仅仅是添加、交换或删除基因中的特定字母。相反,“突变的范围更加复杂”,包括大量的基因重排、相对远离目标点的意外剪切,以及CRISPR行动之后的其他“显著的DNA损伤”。CRISPR婴儿的编辑没有按照预期的那样工作,这也许并不奇怪。

作者说,与另一个遗传信件交换了一个遗传信的基础编辑可能是更好的方法,这可能是一个更好的方法。然而,到目前为止,这些工具尚未在胚胎中验证 - 甚至不是来自小鼠的工具。

最后,要使编辑对孩子产生影响,胚胎必须在子宫内正常发育成婴儿。但是辅助生殖技术的成功率已经相当低了。再加上一些基因编辑工具,对已经敏感的基因组景观进行切割,要维持被编辑胚胎的健康就变得极其困难。

作者说,把它全部放在一起,以了解早期... [胚胎]修复DNA的能力,以便了解DNA的能力。“

都是坏消息吗?

远非如此。尽管还有很多我们不了解的东西,但我们确实有一系列令人印象深刻的工具来预测和评估人类胚胎的突变。确切地说,如何确定一个经过基因编辑的胚胎是否健康仍有待讨论——例如,五种意想不到的突变是否被认为是“可以的”?500或5000呢?

也就是说,只需有诊断胚胎的遗传健康的工具已经非常有用,特别是如果我们作为一个社会决定将种系编辑转变为治疗。

通过机器学习在计算生物学中进行了更大的飞溅,这些预测工具将变得更加准确。Add to that ever-more-effective CRISPR variations, and we’re on the right track—as long as any potential applications of embryo editing only come after “in-depth public and policy discussions” and “fit a number of strict ethical and safety criteria,” the authors said.

的外卖

为了应对CRISPR婴儿丑闻,多个国家的政府和世界卫生组织(World Health Organization)都起草了新的指导方针或立法,以踩下刹车。这组作者说,这项技术还不够成熟,不能用于临床,还需要做更多的工作——不仅仅是进一步改进CRISPR工具,而且尤其要了解它在人类胚胎中是如何工作的。

最终,我们谈论潜在的工程人类的未来。脚尖,而不是跌跌撞撞地前进这是我们至少能做的。作者总结说:“我们必须确保结果是出生健康、无疾病的孩子,没有任何潜在的长期并发症。”

图片来源:图片来源Marian Anbu Juwan.Pixabay

Shelly Xuelai Fan是一个神经科学家转向科学作家。她在不列颠哥伦比亚省大学的神经科学中完成了博士学位,在那里她开发了新的神经变性治疗方法。在研究生物脑的同时,她对AI和所有东西都很着迷。毕业后,她搬到了UCSF,研究了恢复老年大脑的基于血液的因素。她是 ...

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