2017年8月初,美國俄勒岡健康和科學大學的Shoukhrat Mitalipov教授的研究團隊在《自然》雜誌上發表論文稱,他們成功利用基因編輯技術CRISPR-Cas9在人類胚胎中修復了引發肥厚型心臟病的基因突變。這是美國首例成功利用基因編輯技術在人類早期胚胎發育過程中修復疾病的基因突變。這一論文發表出來後引起了許多人關於基因編輯技術相關倫理學的討論。 

但是就在距離該論文發表不到一個月,六位生物科學家8月底在生物學預印網站BioRxiv上發表一篇論文,質疑上述研究結果中的基因修復是否是作者們認為的是CRISPR-Cas9核酸酶編輯的直接結果。 

CRISPR-Cas9是發現於細菌體內、用於抵禦外界侵略DNA的核酸酶系統。該系統由Cas9蛋白和一段嚮導RNA(guide RNA)組成。嚮導RNA可以把Cas9蛋白引領到基因組中和其相配的DNA序列處,然後Cas9蛋白的核酸酶功能可以使DNA產生雙鏈斷裂(double strand break,DSB)。而科學家們往往在細胞對斷裂的DNA分子進行修復的過程中,對基因序列進行編輯。由於CRISPR-Cas9系統操作簡單、精準性較高,在基因治療等多方面具有巨大潛力,因此近年來也成為眾多科學家們的熱門研究對象。 

在上述受到質疑的研究中,研究人員們將攜帶引發肥厚型心臟病的突變基因(MYBOC3)的精子,連同具有基因編輯功能的CRISPR-Cas9系統、及一段給斷裂DNA作為修改模板、具有正確MYBOC3 基因序列的外源DNA,一起注入健康的卵細胞中。結果發現,在實驗組的58個受精胚胎當中,有42個胚胎沒有攜帶導致肥厚型心臟病的突變基因,佔實驗組比例的74.2%。而在沒有加CRISPR-Cas9系統的對照組中,擁有正常基因序列的受精胚胎則是50%。這也和傳統的遺傳學規律相符。

也就是說,研究者們通過基因編輯技術,在精子有一個突變拷貝、卵子雙拷貝正常的情況下,將產生正常胚胎的概率從50%提高到74.2%。

與此同時,該研究團隊也發現了一個驚人的現象,也就是在42個完全正確的胚胎中,他們並沒有找到他們提供給受精卵用於修復DNA的模板序列。對此,他們的結論是胚胎細胞利用了來自母本的正確序列對突變基因進行了修復,但是他們並沒有提供實驗數據證明這一觀點。而這也是上周剛剛發表的質疑文章最大的問題。

這篇質疑文章的第一作者,來自紀念斯隆-凱特琳癌症中心的發育生物學家Maria Jasin表示,該論文的結論違反了傳統的胚胎發育學理論。因為在受精卵早期的發育過程中,來自父本和母本的遺傳物質大多被分佈在受精卵的兩頭。因此,來自母本的正常基因序列幾乎不可能作為模板,參與父本突變基因的修復。並且在以往的CRISPR實驗中也從未發現過類似情況。 

Jasin表示,希望Mitalipov教授的研究團隊可以提供更詳細的實驗結果,直接驗證這一實驗中突變基因的修復機制。同時Jasin和其他質疑的作者也表示,如果CRISPR-Cas9在基因編輯的過程中對突變序列附近的DNA進行大量刪除的話,細胞無法利用研究人員提供的外源DNA進行基因修復,同時也可能導致這段序列無法被檢測到。

針對來自其他科學家的質疑,Mitalipov教授表示他會在幾周內對此作出回應。同時他也希望其他的科學家進行獨立的重複實驗,並且發表他們的實驗結果。◇