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Cell:科学家开发出线粒体DNA编辑技术,再度引发争议

细胞编辑技术已成为学术热点。近日,这一领域又有了新进展。来自美国索尔克研究所(Salk Institute)的科学家利用一种专门设计的分子剪刀剪掉了小鼠胚胎中的线粒体突变部分,留下了健康的DNA。他们希望将来能够用这项技术防治人类线粒体疾病。这项研究发表在近期的Cell上。

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新技术可对线粒体DNA进行编辑


线粒体是存在于几乎每一个细胞中的微型发电器,它产生细胞维持基本功能所必需的能量。线粒体携带着自己的DNA,它们通过母亲传递给子女。与细胞核DNA不一样,线粒体DNA不会影响子女的外貌、智力等相关特征,它只与基本的、低级别的细胞功能有关。


但如果继承的线粒体有缺陷,孩子就会患上肌肉无力、失明等疾病。科学家们已经在线粒体中发现大约700种突变,已知有200多种疾病由线粒体DNA突变引起,受这些突变影响的主要是需要大量能量的器官,包括心脏、骨骼肌和大脑,疾病通常也首先表现在这些部位上。


在美国这项新研究中,科学家在老鼠体内两种不用类型的线粒体DNA(mtDNA)上测试了分子剪刀。它们能够识别并剪切掉小鼠胚胎中的致病线粒体DNA,由此得到的小鼠后代是健康的。这是研究人员第一次在哺乳动物种系(小鼠)胚胎中使用线粒体靶向限制酶和TALENs技术。在整个过程中,研究人员没有观察到任何脱靶效应。


为了确定这项技术能否用于编辑人类线粒体DNA,研究人员将小鼠卵母细胞和取自线粒体疾病患者的成纤维细胞融合在一起,将人类缺陷mtDNA插入到小鼠卵细胞中。与小鼠实验不一样,当施行这项技术后,细胞中仍有少量的突变mtDNA能够检测到,不过这些对健康似乎并无大碍。研究作者之一、索尔克研究所的Juan Carlos Izpisua Belmonte说,只有当细胞中超过60-75%的线粒体有问题时,突变的mtDNA才会引起疾病,因此这项研究中观察到的减少量对于疾病表型消失已是绰绰有余了。


下一步将用于人类胚胎细胞


研究人员表示,下一步他们将在丢弃的人类胚胎细胞上启动初步实验。如果结果被证明安全有效,他们认为这将为最近英国当局大开绿灯的线粒体置换疗法提供一个更简单的替代方案。


线粒体替代疗法是将携带缺陷线粒体的卵细胞中的遗传物质转移到有健康线粒体的捐赠者卵细胞中,之后通过人工受精,得到健康胚胎,胚胎中含有父母双方的核DNA以及捐赠者的线粒体DNA。该疗法的争议在于DNA来自于三个人——父母以及一名拥有健康线粒体的女性捐赠者。


这项新方法有可能“终结”这一争议,因为它是在原有线粒体上进行编辑,不需要第三个捐赠者的供体。并且,英国卡尔纽斯大学的Doug Turnbull说,这项技术对异质性疾病更好,因为它不需要对不同来源的细胞进行融合。


希望与争议共存


对于这一技术,有的科学家表示很期待,有的科学家则表示了深深的担忧。


来自于英国肌肉萎缩症慈善机构的Marita Pohlschmidt博士说:“我们欢迎这项令人振奋的新技术,这将有利于全球成千上万名可能给子女传递线粒体疾病的女性。老鼠试验显示很有前景,我们希望能够进一步看到该技术的安全性和有效性。”


但是Guy and St Thomas医院的遗传学家 Frances Flinter教授说:“要解决的最大问题将是,这项技术所使用的DNA切割酶有可能破坏临近的重要基因,从而导致意外的不良后果。”


伦敦大学国王学院的Duscko Ilic博士表示这项技术还有许多障碍需要克服。


“虽然这种方法能够巧妙地纠正线粒体中的遗传错误,但是近期来看它并不可能用于临床。在人类植入前的胚胎、生殖细胞中替换缺陷基因,会带来严重风险。”


人类遗传学警报组织的David King也在伦理方面提出警告:“这项研究是不道德的,它可能导致将来基因改造、设计婴儿的加速到来。我们必须创建一个全球性的条约,加强对人类基因组修改的禁令。”


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