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哈工大最新研究成果实现基因优化“修改” 治疗癌症有了新希望

2016年04月29日08:33    来源:黑龙江日报    手机看新闻
原标题:“基因P图软件”治疗癌症的新希望

  □本报记者衣春翔

  前言

  在人类眼中,癌症是带走健康和生命的恶魔。根据世界卫生组织公布的数据,近几年平均每8个死亡病例中就有1人死于癌症,更可怕的是,未来20年全球癌症患者可能再增五成。

  面对癌症,人类并非完全陷于被动,已经有越来越多的手段可以帮助人类预防癌症,早期发现癌症、治疗癌症甚至与癌共存。

  但人类能够像消灭一些致命病毒一样消灭“癌症”吗?这听起来像痴人说梦,但来自龙江的科学家却用最新的科研成果告诉世界——可以“消灭”的也许不仅仅是癌症,还有像艾滋病这样的其他“绝症”。

  改变人类未来的钥匙,这一次或许正握在一位30多岁的龙江科学家手中。

  人为什么会得癌症?有人会说因为不健康的生活习惯,有人说是因为环境污染,还有人说和心情有关。但在大部分科学家眼中这些都只是诱发癌症的外因,基因才是人类得癌症的根本原因,甚至可以这样说——癌症是“基因病”。

  这样的论断让人绝望,因为一个人的基因似乎是“天注定”,难道基因中有癌症的“成分”,就一定在劫难逃?

  当然不是!如果基因能够根据人的需要任意修改,把不想要的致病基因去掉,把不好的遗传基因修改,那么不仅是癌症,所有的疾病理论上都可以攻克。

  这听起来就像童话中的魔法,不过任何一个魔法想要施展都需要一个“咒语”。

  2016年4月21日,这个“咒语”被解开了,这个迷人“咒语”的名叫“CRISPR-Cpf 1”。而“解读”它的人,是哈尔滨工业大学生命学院的黄志伟教授。

  “CRISPR-Cpf 1”到底是什么样的“咒语”?它为什么能够“消灭”绝症?想知道这些,就要先了解一个英国女婴的故事。

  最新科研成果

  还能为龙江农业做贡献

  “CRISPR-Cpf 1”这个咒语如何改变世界?

  人在一段时间内感冒一次后,通常不会再次感冒,这是因为人拥有免疫系统,会对流感病毒产生抗体。细菌和人类一样,也拥有抗击病毒的系统,被称之为“CRISPR”。

  “CRISPR”是一串奇妙的DNA序列,能够识别出入侵的病毒,然后派出一种特殊的酶把病毒切成碎片,并用病毒剩下的残渣形成一种初级免疫系统。CRISPR有两个组成部分。第一个部分从本质上说是一个剪切DNA的“手术刀”。另一个部分由RNA组成,它像一个向导,指导着手术刀在成千上万的基因中搜寻,直到手术刀精确定位到需要剪切和修复基因序列。

  和其他的基因编辑器相比,“CRISPR-Cpf 1”是一把更加精细的“手术刀”。这把手术刀更细小,能够更加精准的剪切基因。之前的“CRISPR-Cas9”在剪切基因时,是齐刷刷地切掉,而“CRISPR-Cpf 1”则是斜着切,这有助于基因修复。

  黄志伟还尝试运用“CRISPR-Cpf 1”对细胞进行研究,例如用艾滋病病毒进行试验。黄志伟解释称,如果这一新发现未来得以转化应用,人类就可以对癌症和艾滋病等疾病的基因进行“删除”、“修改”等“编辑”,而“编辑”过的基因可以遗传到下一代,从而让人类彻底“消灭”这些疾病。

  但如果你以为“消灭”绝症就是“CRISPR-Cpf 1”改变世界的全部能力的话,那就太小看它了。

  “CRISPR-Cpf 1”这把手术刀更神奇的地方在于,不但可以剪切基因,还可以“修改”基因。

  举个简单的例子,削了皮的苹果很快就会变色,不但难看,味道也会变差。利用“CRISPR-Cpf 1”修改苹果的基因后,可以减少苹果中多酚的合成,就能让削过皮的苹果在很长时间内都保持漂亮的颜色和良好的口感。

  同样的事情还可以作用在粮食作物,甚至家禽家畜上,这对于黑龙江这样的农业大省将产生深远的影响。

  实际上,中国科学院的研究人员已经利用其他基因编辑工具,开发出了抗白粉病小麦,在改良粮食作物方面取得了巨大进展。而“CRISPR-Cpf 1”可以让这种编辑基因的过程更高效稳定,成本也更低。

  试想一下,在未来,龙江农田里也许可以种植出产量更高、口感更好、营养更加丰富的大米,养殖户也不再需要担心自己养殖的家禽家畜会感染疾病,而且肉质更好。

  到时候,龙江会将为全国老百姓提供更多、更安全、更便宜和更优质的食品。而龙江粮食连增的记录,也会因为“CRISPR-Cpf 1”继续保持下去。

  细胞过了一下“基因P图软件”英国女孩血癌被治好

  2015年,蕾拉·理查德兹还只有1岁,但她的生命已经开始最后的倒计时。

  蕾拉患有急性淋巴细胞白血病,化疗及骨髓移植等治疗手段对她均不奏效,活到1岁半,已经是英国医疗工作者能给出的最乐观估计。除了为爱女安排好善终,蕾拉的父母似乎已经无计可施。

  “无论如何也要让女儿活下去!”蕾拉父母下定了决心,哪怕是采用没有人尝试过的方法。

  于是,一家医院开始使用德国Cel l ect is生物技术公司开创的基因方法治疗蕾拉——医生通过将抗癌基因插入健康的捐赠者血液细胞中,再输入到蕾拉体内。

  这种方法听起来很难理解,但其实和我们常用的“P图软件”的原理很像。

  爱自拍的女士在用手机自拍后,通常会用“P图软件”把自己的眼睛变得大一些,再去掉一些雀斑,让皮肤看起来更好。

  基因技术的进展,让基因也可以像照片一样被编辑。

  为蕾拉治疗的科学家们使用了一种叫做TALENs“基因P图软件”,利用它,科学家首先在捐赠的血液细胞中添加抗白血病基因,这相当于自拍的女士在照片中将自己的眼睛变大。

  同时,科学家还关闭两个基因,关闭第一个基因是为了确保捐赠的细胞不被蕾拉的身体排斥,关闭第二个基因是为了确保捐赠细胞不被治疗药物杀死,这就相当于去掉照片中脸上的雀斑。

  奇迹发生了,过了一下“基因P图软件”的细胞,帮助蕾拉战胜了血癌,如今检测结果发现蕾拉身上的癌细胞已完全消除,实际上,“基因P图软件”的科学名称是“基因编辑技术”,有了这种技术,修改基因成为了可能。既然能够修改基因,那么把人类基因中癌症的部分去掉,也就不再是什么难事。

  但科学家们在实践中发现,TALENs在编辑基因时过于复杂,可能会影响载体在基因中的稳定性。说得简单一点,就是“P图软件”非但没有把照片美化,反而破坏了照片,甚至会导致手机死机。

  因此,寻找一种功能更加强大的“基因P图软件”,并找到它的使用方法,成为了全世界生命科学领域科学家的共同追求。甚至有专家认为,这项研究将会成为诺贝尔奖的大热门。

  一直立志于改变世界的黄志伟,自然将研究的目光投向了这个可以改变人类命运的领域。而他想用来编辑基因的“神器”,就是“CRISPR-Cpf 1”。

  3个半月

  龙江科学家找到

  基因优化的“钥匙”

  实际上,2014年黄志伟就已经有了一项可以改变世界的发现——他找到了艾滋病病毒毒力因子的结构,为研制全新治疗艾滋病药物提供了基础。

  然而,黄志伟并不满足,他经常说:“一个人40岁之前,必须多做一些有益于社会的事,必须要多进行一些能够改变世界的研究。”

  业余时间,黄志伟最喜欢做的事情就是阅读自己研究领域最前沿的研究成果。2015年9月末的一个深夜,“CRISPR-Cpf 1”这个像密码一样的词汇将他牢牢吸引住了,直觉告诉他,这是能改变世界的“钥匙”。

  这个“钥匙”的发现者是在美华人科学家张锋,30多岁的他已经是“基因编辑技术”的领军人物,颇有戏剧性色彩的是,他发现“CRIS? PR-Cpf 1”的时间,正是蕾拉被治愈的2015年。

  其实,在此之前,张锋已经找到了一个功能已经相对强大的“基因P图软件”——“CRIS? PR-Cas9”。不知道是不是一种缘分,这个“基因P图软件”可以用“编辑”基因的方式来帮助人们治疗艾滋病,这和黄志伟之前的研究目的一致。

  “CRISPR-Cas9”虽然在科学界影响巨大,但也存在一些弱点,比如无法很好地修复基因,因此张锋又找到了“CRISPR-Cpf 1”。

  但张锋没能解读它,就像《哈利波特》中的魔法咒语一样,如果只是知道一个咒语的存在,却不知这个咒语如何施法,也不能发挥任何作用。

  黄志伟接过了这个接力棒,从2015年10月,他的课题组开始着力研究“CRISPR-Cpf 1”的运行机制。

  这是一个年轻的课题组,其中甚至还包括一个本科生,他的名字叫任宽。这可以看出黄志伟选拔人才时有一些“美式风格”。任宽虽然学习成绩不错,但并不是第一,不过他是学生干部,有较多的社会实践经历。黄志伟看中的就是这种综合素质,因此才让这个本科生加入了一个全是博士的研究团队。

  “黄志伟教授的工作时间简单来说就是‘5+2’和‘白加黑’。”哈工大生命学院院长李钰说,“当初黄教授选择了这个课题,我就知道这是一个能够改变世界的研究,他一定会拼命去做。”

  黄志伟的课题组有多拼命呢?为了研究,他们放弃了几乎所有节假日。2015年12月31日,大部分人都在跨年的欢庆中时,这个团队却在等着研究数据。即便是春节,所有人也只有3天假期。而黄志伟本人大年三十晚上回家过年,大年初一就又出现在了实验室里。

  “我们这个研究不但能够改变世界,还能改变我们自己的身材。”任宽笑着说,从研究开始到最终取得成果,团队里每一个人都至少瘦了10斤。

  一切的努力都没有白费,只用了短短3个半月,黄志伟课题组就揭示了“CRISPR-Cpf 1”的运行机制,这为人们施展这个“咒语”,彻底战胜癌症和艾滋病等绝症提供了基础。

  这一研究成果在4月21日被世界著名学术刊物《自然》(《Nat ur e》)在线发表,而任宽也成为了哈工大第一位在《自然》上发表论文的本科生。

  就在这一天,龙江出现了能够改变世界的力量。

  链接

  什么是基因?

  基因是具有遗传效应的DNA片段。基因支持着生命的基本构造和性能,储存着生命的种族、血型、孕育、生长、凋亡过程的全部信息。

  生物体的生、长、衰、病、老、死等一切生命现象都与基因有关,它也是决定生命健康的内在因素。带有遗传讯息的DNA片段称为基因,其他的DNA序列,有些直接以自身构造发挥作用,有些则参与调控遗传讯息的表现。组成简单生命最少要265到350个基因。 来源于百度百科

  任性的科学家们用

  “基因编辑技术”做了啥?

  说了半天的以“CRISPR-Cpf 1”为代表的“基因编辑技术”,大家肯定觉得这是遥不可及的事,想要得以应用,说不定要百八十年后。

  但记者十分认真地告诉你,“基因编辑技术”除了治好了英国女婴的白血病外,还做了好多的事。

  女儿鸡蛋过敏教授改鸡取卵

  澳大利亚联邦科学与工业研究组织分子生物学家Timot hy Dor an教授11岁的女儿对鸡蛋过敏,世界范围内大约2%的儿童对鸡蛋过敏,这些患者无法接种用鸡蛋培养的疫苗。作为生物学教授的Dor an设想,使用强大的基因编辑工具应该可以解决这个问题。

  大多数鸡蛋过敏原是蛋白中的4种蛋白质,只要将这些蛋白质结构进行修改,完全有可能让鸡蛋过敏患者吃鸡蛋,接种用鸡胚制造的疫苗。因此对鸡的这四种蛋白基因进行修改,就可以让这些鸡产无过敏原的鸡蛋。

  2016年,这种鸡已经出现在实验室,如果通过相关法律,Timothy Dor an教授的女儿就可以吃鸡蛋了。

  改鸡只是开始

  科学家想复活灭绝生物

  实际上,鸡只是“基因编辑动物园”中的一个后辈。过去2年内,基因修改的猴、蚊子、宠物猪等动物纷纷成为科学新闻头

  条。

  而芝加哥大学遗传学家则有一个更加疯狂的想法,他想通过“基因编辑”,让大象变成已经灭绝的猛犸象!

  据了解,科学家们已经对大象胚胎内14个类似基因进行了编辑。实验室正在计划制作人工子宫,进行全程人工培育。

  英日已开始“编辑”人类胚胎

  “超人”未来会出现吗?

  就在近日,英国生育监管部门宣布,批准科学家通过编辑来修改人类胚胎基因,创造了人类历史。英国也成为史上首个对基因编辑持全面开放态度的国家。日本在英国之后,也批准了同样的科研项目。

  但是目前这项政策还仅适用于研究,实际在胚胎中做植入或者修改行为都将被视作违法。尽管处于研究阶段,但该试验仍然激起了伦理方面的争议。

  尽管在胚胎上运用基因编辑技术会触发道德伦理方面的问题,但在宣布通过政策前,英日政府有关方面肯定已对此作出全面评估。因此,有理由相信在推动科学进步的同时,该政策也能符合社会利益。

  或许,像美国队长那样的超人,真的会出现在这个世界上。

  (本报记者衣春翔整理)

 

(责编:丁洋、张喜艳)


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