基因編輯新聞

前不久新聞特別火
他對一個人類的胚胎細胞進行了編輯
并且讓這個基因編輯過的人類胚胎細胞
成功的發(fā)育成的兩個小孩
這個新聞一出 全世界輿論嘩然
我們接下來就說說基因編輯到底是怎么一回事
為什么一個科學技術(shù)會引發(fā)這么多人的非議呢
今天我們就來討論一下這個問題

什么是基因?

首先 我們先來說一下什么是基因
我們知道人是由細胞構(gòu)成的
這是一個人
這個人他身體中有細胞
如果我們把這個細胞放大
我們會發(fā)現(xiàn)細胞里邊有一個很小的一個核
這個細胞核 它是用來儲存遺傳物質(zhì)的
如果我們再把這個細胞核放大 里面會有一個雙螺旋的結(jié)構(gòu)
這個雙螺旋的結(jié)構(gòu)就叫DNA 也就是脫氧核糖核酸
假如我們把這個脫氧核糖核酸再進行放大的話
我們會發(fā)現(xiàn)它實際上是一個雙鏈結(jié)構(gòu)
我把它撐成直的

脫氧核糖核酸DNA

然后它有一個一個的堿基對 這么對著
脫氧核糖核酸DNA 它是由核苷酸構(gòu)成的
核苷酸有三個部分
其中有一個部分就是堿基 這個堿基是互相對著的
堿基一共分為四種 分別是A T C G
而且它們之間有一個互補的對應關(guān)系
就是如果這個是A的話
它對的一定是T 就是A和T對應
而C和G對應 就這么一個關(guān)系

核苷酸堿基對

所以假如說這個堿基對分別是AACTG的話
那么跟它對應的關(guān)系A(chǔ)要對T 所以就是TTGAC
就這么一個對應關(guān)系
這個就是DNA的一個基本結(jié)構(gòu)

DHA堿基AACTG對應關(guān)系圖

人們對于DNA進行了仔細的研究 就發(fā)現(xiàn)了一件事
什么事呢
就是人們就發(fā)現(xiàn)這個堿基的順序
其實就代表了人類的一種遺傳信息 就稱之為基因密碼
所謂破解基因密碼就是要搞清楚說這一段的堿基順序
AAC它表示什么 它好像表示這個人是個大眼睛 是吧
后面還有什么TTG 表示什么 表示這個人雙眼皮兒

堿基表達的意思

后面還有個基因表示什么 表示這個人是個色盲等等吧
說這個遺傳信息其實就是隱藏在DNA的這個堿基的順序之中
人們就把能夠?qū)崿F(xiàn)一定功能的這個堿基的序列
就稱之為一個什么呢 稱之為一個基因
這個就是基因的含義

基因的含義

DNA轉(zhuǎn)錄成RNA,RNA翻譯成蛋白質(zhì)

首先這個DNA它是儲存在細胞核中的
那么它不直接指導蛋白質(zhì)合成
它會生成一種單鏈的結(jié)構(gòu)叫做RNA 也就是核糖核酸
這個核糖核酸可以跑到這個細胞核外面去
去翻譯 指導這個蛋白質(zhì)的合成 這過程稱之為翻譯
就是把這個密碼變成蛋白質(zhì)聽得懂的 它就會生成蛋白質(zhì)
而這個蛋白質(zhì)就可以作為我們身體的各個部分的結(jié)構(gòu)
這樣的過程就是DNA如何指導這個生物的結(jié)構(gòu)

DNA轉(zhuǎn)錄,RNA翻譯成蛋白質(zhì)

那么基因的問題 其實人們從上個世紀50年代就已經(jīng)開始研究了
但是這一次賀建奎所使用的這個CRISPR方法
實際上是本世紀才開始的
如果想了解CRISPR方法
我們首先還是要回到微生物學

微生物

比如說微生物有細菌
還有什么呢 還比如說有病毒
有人可能認為細菌和病毒都是專殺人類的
實際上不一定
實際上有很多病毒是專殺細菌的
這種專殺細菌的病毒我們就稱之為什么 稱之為噬菌體

• 噬菌體 它專門殺細菌

  
  
  image.png
  
  

  在海洋里邊每天都會有40%的細菌會被噬菌體殺掉
  如果沒有噬菌體的話 那這個細菌就會爆發(fā)了
  噬菌體大概長什么樣呢 它長得很神奇
  噬菌體它的這個腦袋長了一個正二十面體的形狀

  
  
  噬菌體
  
  然后里面有一些DNA 它的遺傳物質(zhì)
  它底下會有一個管子用來輸入DNA
  

  然后還有一些觸手 這些觸手可以抓住一個細菌
  它會降落到一個細菌的表面
  這就是細菌了 上面那個是噬菌體
  降落之后他它就往這打個洞 然后把自己的DNA是放進去
  DNA在細菌里面就會不停的復制
  就會不停的復制復制復制 復制的足夠多
  然后它再長出它的蛋白質(zhì)外殼
  長出蛋白質(zhì)外殼之后那這個細菌沒有利用價值了
  它就會從這個細菌里面出來
  它一旦從細菌里面出來 這個細菌就掛掉了
  然后它復制了自己 這就是噬菌體一個基本的工作流程
  人們從很早以前早開始就開始研究這個問題

• 1987年 科學家 石野良純
  但是到了1987年的時候 人們有了一個很大的發(fā)現(xiàn)
  1987年日本有一個科學家叫石野良純
  石野良純這個科學家 他去研究細菌的這個DNA結(jié)構(gòu)
  因為細菌本身它也有DNA 對吧 病毒有細菌也有
  他研究細菌的DNA發(fā)現(xiàn)在大腸桿菌里面
  在大腸桿菌里面這個DNA的結(jié)構(gòu)非常奇怪
  有什么奇怪的呢
  這個大腸桿菌的DNA 它在某一段會出現(xiàn)重復的結(jié)構(gòu)
  比如說會出現(xiàn)CGGTT這樣的一個堿基排序
  然后又一大堆其它的 再CGGTT
  它會反復得出現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)

  
  
  大腸桿菌奇怪DNA結(jié)構(gòu)
  
  

  那么他就感覺非常奇怪 為什么奇怪呢
  因為病毒和細菌這種物體它非常非常小
  所以它的DNA表達是非常直白的 它是非常緊湊而高效的
  如果你出現(xiàn)了很多這種重復的結(jié)構(gòu)
  你表達同一個意思的話 那你干嘛要重復它呢
  你不要它不就完了嗎
  所以他不清楚這是為什么
  后來人們在很多的細菌你都發(fā)現(xiàn)了這種重復的結(jié)構(gòu)
  一直都不清楚這是為什么
  這件事一直持續(xù)了大概有20年
  直到2002年的時候
  人們才終于搞清楚了這個問題到底是怎么回事
  2005年的時候科學家才真正證實了這個問題

• 2005年 法國科學家巴蘭古
  當時有人提出說這個細菌中間的這個重復結(jié)構(gòu)
  而在2005年的時候法國有一個科學家叫巴蘭古
  巴蘭古他是一個酸奶公司的科學家
  我們知道酸奶里邊也有很多的細菌
  但是他們那個酸奶公司細菌經(jīng)常會這個鬧菌瘟
  就是經(jīng)常會被噬菌體大批的干掉
  然后他就去想
  我怎么樣才能夠讓我的細菌不被噬菌體干掉呢
  于是他就做實驗 他做的實驗大概是這樣
  就是把那個鏈球菌
  這是鏈球菌的DNA
  這個是細菌的DNA

  
  
  image.png
  
  

  這個他把鏈球菌放到了噬菌體里面
  那噬菌體就是病毒了 對吧
  這個是噬菌體
  他把這個鏈球菌放到了噬菌體里面
  結(jié)果發(fā)現(xiàn)這個大量的鏈球菌都死亡了
  但是也總有那么一些這個細菌活下來了
  它把這些活下來的細菌拿出來仔細觀察就發(fā)現(xiàn)
  活下來的細菌里的確就出現(xiàn)了什么呀 這種重復的結(jié)構(gòu)
  他再仔細的研究會發(fā)現(xiàn) 什么呢
  這個重復的結(jié)構(gòu)其實就來源于噬菌體
  經(jīng)過仔細的思考 他明白了這樣一個道理
  事實上細菌對噬菌體是有一定的防御機制的
  就是當這個細菌存活下來的時候
  它會把這個噬菌體的DNA切下來那么一小段
  噬菌體的DNA切了一小段
  然后它把自身的這個DNA鏈斷開斷開之后它讓這個噬菌體這一小段的DNA
  插入到自己的這個DNA鏈里邊去 于是細菌就發(fā)生了變異
  它變異成什么呢
  左右兩邊還是原來自己的DNA
  而中間它就插入了剛才那個病毒的DNA
  這個DNA其實是來源于噬菌體的
  那這么做 它為了識別說這一段不是我自己的
  所以它前后會加什么會加一個重復的序列
  就是剛才咱們所說的這個什么CGGTT
  這兩邊重復的 兩個重復的中間加一段病毒的
  表示我已經(jīng)認識這個病毒了

  
  
  切掉自己的DNA,插入病毒的DNA
  
  這個噬菌體它又來了
  它就想去殺這個細菌
  那這個細菌我已經(jīng)遇到過你一次了
  第二次我就不怕你了是吧 為什么呢
  因為它會分泌出一種物質(zhì)叫RNA
  這個RNA就是剛才我們所說的那個核糖核酸
  這個RNA它起到了一種定位的作用
  
  RNA定位
  
  起到了一種定位的作用 它可以對這個DNA進行觀察
  說有沒有那么一段
  是跟我剛才記住的這個不好的噬菌體一樣的呢
  就找 找找找 唉正好發(fā)現(xiàn)
  你看這一段的DNA跟我這個記錄的這個DNA是一模一樣的
  于是這個RNA就會指揮一種蛋白質(zhì)
  

  這種蛋白質(zhì)叫cas9 指揮這種蛋白質(zhì)去進行工作

  
  
  蛋白質(zhì)cas9
  
  它要干什么呢 它就把這個病毒給切斷
  把這個病毒給切斷 這樣一來病毒被切斷了
  所以它的活性就消失了 這樣就起到了一種防御機制
  
  cas9它是一種酶,相當于手術(shù)刀
  
  而這個cas9它是一種酶 它可以切斷DNA的
  那么這種酶相當于一個手術(shù)刀
  所以這個細菌它實際上這個過程是一種什么呀
  是一種特異性的一種免疫機理
  免疫 實際上是一種免疫機理
  然后人們就思考 這個細菌很聰明
  那么這種方法 這種切割DNA的方法
  我能不能去使用到人類身上 能不能使用到其他動物身上
  我先通過RNA進行定位 找到我想切割那一段
  我再通過cas9這種蛋白質(zhì)進行切割
  把DNA切了 切了之后DNA還通過一些機制它可能會合起來
  那么這種方法就可以用在基因手術(shù)上
  這就是現(xiàn)在非常非掣炻火的這個技術(shù) 就是CRISPR技術(shù)

CRISPR/cas9技術(shù)

CRISPR其實指的就是這種重復的序列
那么cas9就指的是這種手術(shù)刀 這個蛋白質(zhì)
這個技術(shù)其實出現(xiàn)的時間并不長
世界上三個科學團隊把這個技術(shù)給同時搞出來了

• 2012年 喬治 張峰()華人) 杜德納
  哈佛大學的喬治
  一個是MIT的張峰 華人
  還有一個就是UC Berkeley的杜德納
  這三個研究小組同時搞出了這個CRISPR/cas9這種技術(shù)
  那么這種技術(shù)它的基本原理是什么呢
  就是跟細菌的這種做法是差不多的
  首先我們需要了解一個基因庫

• 基因庫

  
  
  基因庫
  
  

  我們了解我們要手術(shù)的基因到底是如何排序的
  我們要了解這個基因庫
  這個基因庫里 我比如說想敲掉這一段基因
  我已經(jīng)知道這段基因是什么了 然后我干什么
  然后我去進行制作 我通過一些化學或者是生物的方法
  我去制作和合成這種定位的RNA 制作這個RNA
  這個RNA是用來檢查這一段到底在基因DNA的哪個地方制作RNA之后 我再把這個RNA和這個cas9這種蛋白質(zhì)
  實際上是含有蛋白質(zhì)基因的一個載體質(zhì)粒
  把它一起注入到這個細胞里面去
  那么注入到細胞里面去之后
  這些東西開始發(fā)揮作用
  RNA就開始進行定位去尋找那一段DNA
  找到了之后cas9就把它切下來
  這樣一來就可以實現(xiàn)基因手術(shù)了
  那么這種做法有什么好處

• 高效 低價 可敲可編(增刪改)
  我們以前在進行這個DNA或者基因操作的時候
  我們怎么做的
  我們用這個什么輻射去照它讓它發(fā)生變異 對吧
  或者是我們用一些像內(nèi)切酶的辦法去進行切割
  但是這些方法效率都非常低
  就好像是我們一個不會彈鋼琴的人在那狂彈鋼琴
  然后想譜出一好曲子來一樣 是很難的
  但是現(xiàn)在我們有了一種方法就是這個CRISPR這種方法
  這這種方法是指哪打哪 我好像有的一個譜子一樣
  我直接去彈鋼琴效率非常高
  因為它效率高 所以它就價格低
  因為我做一次實驗就夠了 我不用做那么多次了
  所以價格就非常非常低
  還有一個就是它可敲可編
  可敲可編的意思就是你可以把中間的某一段去掉
  但是同時你也可以編輯 說這個編輯怎么做
  比如說我想要一個特定的序列
  我可以通過體外制作的方法直接把DNA做出來
  把這一段做完的DNA我給你接上這就行了
  所以它可敲可編
  我甚至于可以隨意地按照我的想法去編出一個生物的
  理論上講是這個樣子的
  所以它是一種非常非常神奇的方法
  現(xiàn)在全世界有數(shù)千個實驗室 都在使用這種方法做實驗
  是吧 但是沒有人敢做人類的胚胎
  它有什么好處 這個好處有很多
  比如說第一個就是它可以用來對抗疾病

對抗疾病 HIV 癌癥 遺傳病

疾病從本質(zhì)上來講都是人類的免疫系統(tǒng)
或者某一部分的這個基因出了問題了
所以就出現(xiàn)了疾病 比如HIV
HIV它就是攻擊人體的免疫細胞
免疫細胞無法識別
那么假如一個人得了HIV之后
我們可以通過基因編輯的方法
讓你的免疫細胞可以識別HIV
然后把這種免疫細胞注入你的身體里
這種免疫細胞可能就可以慢慢的去殺滅HIV 對吧
這個實驗其實在一些小鼠上已經(jīng)做了
而且獲得了很好的效果
再比如說人人都很害怕癌癥 是吧
這個癌癥 還是癌癥是因為細胞發(fā)生了基因的變異 對吧
然后免疫細胞沒有識別出這種變異
最后這個變異就爆發(fā)了 就產(chǎn)生了癌癥
那么如果一個人得了癌癥之后
我們可以通過這種基因編輯的方法
讓你的免疫細胞變得很厲害
能夠抓到這個癌癥 這就是所謂的癌癥基因療法
這種療法其實在中國已經(jīng)開始開展了
還有很多比如說有一些遺傳的疾病
最典型的遺傳疾病色盲
總有小孩他是色盲 長大之后要生孩子
她的孩子還是有可能是色盲(X染色體隱形遺傳,母親有,兒子必有)

image.png

那么我們可以通過基因編輯的方法
讓他的色盲基因變好
這樣一來他的后代就不是色盲了
你看著是不是挺好的
人們預期說用這種辦法去進行疾病治療
可能會使人體的壽命大大延長
甚至有人可能認為這人體的壽命可以達到無限 說為什么
有一些動物它確實有類似于無限生命的這種東西
它有時候會返老還童
說那我們有沒有辦法把這種動物的基因移植到人身體上
讓人也具有這種返老還童的能力
這個也不是天方夜譚也是有可能的
為什么呢 因為我們現(xiàn)在可敲可編
我完全可以把動物的基因移植到人的身體里面去
但是為什么現(xiàn)在出來了這樣一個人
他做了一個基因編輯的孩子
卻讓大家都開始去打他呢
這個原因是因為基因這種手術(shù)方法還有很多的問題

存在的問題

• 第一個問題就是它的醫(yī)學技術(shù)問題
  現(xiàn)在這種方法剛剛出現(xiàn)
  人們其實還沒有搞清楚這種方法到底有多大的危險性
  在做手術(shù)的時候基因會不會出亂子 是吧
  這個事還沒有討論清楚
  所以這種情況下貿(mào)然對一個孩子做手術(shù)這個是不對的
• 其次還有一個就是倫理問題
  這個倫理問題也是大家討論的最多的一個問題
  因為現(xiàn)在人類已經(jīng)具有的能力 對這個基因?qū)嵭芯庉?br> 那我于是可以把任何兩種物種結(jié)合到一塊
  比如說吧我可以把魚的基因移植到人身上
  我可以把鳥的基因移植到人身上 對不對
  那么對于疾病治療人們認為是沒有問題的
  但是疾病治療和改良其實間隔并沒有那么明顯
  比如說吧有一個人他是色盲
  那么你通過基因治療的方法讓它變成不是色盲
  這是可以接受的
  但是如果我再把這個基因稍微改一點
  她的視力可能就特別好 超出常人 對吧
  那么有的人他就天生矮小 我基因改良他變得比較高
  那我要是讓這個孩子天生就比較高
  是不是比別人就優(yōu)等了
  如果要大家都這么做的話 最后會造成什么
  造成經(jīng)過基因編輯的孩子他智商非常發(fā)達
  身體非常強壯 壽命非常非常長
  而自然出生的這個孩子他身體非常弱小 智商也不行
  那個時候社會就會分裂成兩個非常大的階層
  那就是經(jīng)過基因編輯的精英階層
  和沒有錢做基因編輯的那些底層
  這樣社會分化的就會非常嚴重
  再者我們知道雖然我們有能力把人和動物的基因融合
  但是一般的科學家不會做這件事
  不過我們看美國電影的時候經(jīng)常有這樣的情節(jié)
  有一個瘋狂的人 比如說像什么美國隊長,九頭蛇
  他要造一只超級軍隊
  于是他就把這個人的基因進行了改良 對吧
  那么如果基因編輯技術(shù)被濫用的話
  是不是也會出現(xiàn)這樣的情景
  有一個類似于九頭蛇的人把他的軍隊進行了改良
  把他的軍隊和狼狗結(jié)合
  這個軍隊首先智商比較低又特別聽話
  而且身體特別強壯 那這樣對全世界來講其實都是一個災
  所以在這些問題沒有討論清楚之前
  我們不應該貿(mào)然的使用這種方法
  對人類尤其是人類的胚胎細胞進行編輯
  因為這樣將會不可逆的改變?nèi)祟惖幕驇?br> 那現(xiàn)在這個賀建奎這個人他沒有跟別人商量
  就直接把這個胚胎改了 改了之后還生出來這個孩子了
  造成了一種不可逆的結(jié)果
  那么這件事是非常非常不負責任的
  其實關(guān)于基因編輯還有很多問題可以講
  比如說糖尿病人用的胰島素是怎么做出來的
  克隆人到底是怎么回事
  那這些問題我們在后面再給大家慢慢介紹