神一般的基因駭客–CRISPR/Cas基因編輯技術可以改變我們的醫療未來?
 
2017/07/20
 
秦咸靜 | 國家實驗研究院國家實驗動物中心研究員兼任組長
 
 
活動(演講)時間:2017/04/21
 
2016年的唐獎生技醫藥獎,由法國的伊曼紐.夏彭提耶(Emmanuelle Charpentier)、美國的珍妮佛.道納(Jennifer A. Doudna)與華裔美籍的張鋒三人共同獲得,這三位科學家是因為發展了有上帝之手稱譽的CRISPR/Cas9基因編輯技術而獲獎。CRISPR/Cas9基因編輯技術的特性,是可以用簡單、快速的方式進行基因改造,不論是那個物種、那種細胞。目前科學家試過的,都還沒有失敗的記錄。這神奇的技術平台為複雜的疾病研究開啟了全新的視野,讓醫治某些難解的疾病出現機會,但它強大的技術能量也讓科學家感到無比的恐慌。讓我們從CRISPR/Cas9基因編輯技術談起,了解我們要面對的基因工程新世代,用足夠的智慧來操控這上帝之手,為未來醫療帶來更多的希望。
 
聽講心得(撰文|孫維新館長)
 
上週五春雨滋潤大地,當晚(4/21)的第一場春季展望演講,由國家實驗研究院國家實驗動物中心秦咸靜博士擔綱,秦博士以「神一般的基因駭客─CRISPR/Cas9基因編輯技術可以改變我們的醫療未來?」為題,帶領我們探索國研院的頂「艱」實力,在新世代的基因工程技術層面,發揮永不妥協的精神,不斷邁向國際頂尖。

演講一開始,秦博士就展示了一張很酷的「骷髏頭鼠」,這隻骨頭帶有綠色螢光的老鼠,從外觀就能看見發光的骨頭。這種基因改造鼠是她十多年前做出的研究成果,秦博士打趣的說,當時做海報論文發表,老闆還說要將照片放大到海報的四分之一,以清楚彰顯這個研究的亮點!

要得到含水母螢光基因的基因改造鼠,究竟困難有哪些?她向大家解釋,首先是怎麼讓水母基因進入實驗鼠,其中之一的方法是DNA顯微注射,透過「外加一段基因」的做法,需要完成特定部位的表現啟動訊號、水母螢光基因,與結束訊號的基因工程後,再注射到受精卵內,而要找到那段關鍵的啟動訊號,往往就要讓科學家花費很長的時間!秦博士也提到,這種基因工程還能做「可調控基因改造技術」,能夠讓螢光老鼠透過活化切割酵素的方式,打破時間與空間限制,來調控基因表現,比如讓原本是紅色螢光的老鼠,經過餵食或注射賀爾蒙,轉變成綠色螢光的老鼠!

另一種方法是幹細胞顯微注射,做法是運用胚胎幹細胞的基因改造,再將幹細胞注射到發育稍晚的受精卵,讓幹細胞產出基因改造動物。秦博士說,大部分的人類疾病都是遺傳密碼解讀錯誤,因而造成突變,所以不是以外加基因的做法,需要以幹細胞「修改基因密碼」,來確保精準的結果。秦博士以成骨不全症(玻璃娃娃)為例,玻璃娃娃的成因為第一型膠原蛋白的突變,可能原因是基因點突變或G胺基酸異常,造成多種類型的病症。這樣的疾病,難以用藥物醫治,僅能仰賴未來骨頭的重新再生,或修正基因來根治,藉此保全他們的骨骼。她指出,玻璃娃娃鼠的產出,步驟上需要胚胎幹細胞株的建立,標的基因修改,嵌合鼠產置與育種等繁複冗長過程。其一重要的就是需要好的胚幹細胞,這也限制了其他物種應用此方法的可能。

當基因工程應用在醫療上,無非是希望搶得更多優勢,秦博士以「駭客」盜取帳密來說明兩種方式的優缺點,DNA顯微注射就像是「隨機」亂盜,速度快但是準確度不足;幹細胞顯微注射則是「指定」盜取某個人的帳密,準確度較高但是耗時過長,於是現在炙手可熱的基因編輯技術CRISPR/Cas9,就成為又快又準的第三種方
法,也是科學家眼中的「上帝之手」!CRISPR/Cas9原是細菌對抗病毒感染的武器,如今變成了最新的基因改造利器,它就像是隨身攜帶了目標照片搜尋比對,尋找到目標基因,然後執行破壞目標基因的任務,不但能夠同時改造多個基因,允許多種定點破壞及修復模式,而且效率高,比傳統改造快了十倍。它同時也超越了物種上
的限制,在《Nature》的雜誌就曾以CRISPR EVERYWHERE為封面,說明CRISPR將影響生活的每個層面。秦博士提到,從近年有關CRISPR實驗論文在一年內成長了近1.6倍,就可知道它的大趨勢!

基因工程的應用層面廣泛,它能夠改造食物、做基因治療,甚至可能改變後代,一方面是避免遺傳疾病;另一方面有機會能指定性別、訂作外觀。但也因此會引發道德層面的熱議,比如澳洲政府已經立法規定不得用Cas9指定嬰兒性別。秦博士指出,現在的科技發展非常快速,但是法規、道德等配套措施是否有確實跟上?我們是否具備足夠的智慧來操控這上帝之手?

在最後提問的部分,秦博士以「演化」和「基改」做比較,前者是自然發展出的演化和突變,後者卻讓人想問是否太過以「人」為中心?是不是更該將焦點移至多樣化,而非只求完美?她與王繼廣博士提到,CRISPR/Cas9才剛開始發展,以至於潛在危機尚無人知曉,我們需要用樂觀但謹慎的態度看待它。期許我們在跟隨科技發展
的同時,也能不忘本心,抱持「謙虛」的心態,各實驗室除了讓資源共享,做出好的研究,更要同等重視動物福祉,不傷害大自然!在秦博士的感性分享後,不僅獲得了大家的熱烈掌聲,也讓當天聽講的來賓感受到知性與人文的美好!

 

 
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