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在自己家做实验:生物黑客试水基因编辑技术

虽然没有经过系统的正规科学研究训练,Johan Sosa仍对一个发展了十多年的功能强大的分子生物学工具十分着迷。

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Sosa已经能使用基因编辑工具CRISPR——这个工具面世刚3年,从而在试管实验中对目标DNA进行编辑。他希望用这个技术对酵母基因进行编辑,随后再继续对模式植物拟南芥进行基因改造。


鉴于CRISPR技术的简单和普遍适用性,科学家通过这项技术能比以前更简单地对基因序列进行特定改变。研究人员已经采用CRISPR技术编辑从细菌到人类胚胎的各种基因。这项技术有望清除导致家族性遗传病的变异基因、用前所未有的方式治疗肿瘤,或者在猪体内培植人类器官。一位研究人员甚至建议,利用该技术修饰大象基因组,以创造出早已灭绝的、能适应寒冷气候的猛犸象。


但这些技术目前还不能为“喜欢自己动手的”生物黑客所用。生物黑客是一群数量不断增长的业余生物学家,他们经常在社区实验室里工作,通常需要交费才能使用实验仪器和耗材。但是CRISPR技术本身是免费的。于是,创新精神激发他们利用这种技术“摆弄”酵母基因,改变啤酒口味,或从细菌中构建艺术品以及研究重要的基础科学问题。这些业余生物学家已经迫不及待要尝试使用CRISPR技术了。


“CRISPR是有史以来最了不起的工具。”住在爱尔兰都柏林的生物黑客和企业家Andreas Stürmer说,“你可以在自己的家里做实验。”


Sosa是美国加州圣何塞的一个IT顾问,3年前当生物黑客就成为了他的业余爱好。他希望在实验室里培植出器官,或者其他人体部分。起初,他并不知道这个目标多么不切实际。“我以为就是拿到一些干细胞,然后给它们加东西就可以了。”他说。


于是,处理活细胞的挑战,促使他开始阅读分子生物学教材、参加讲座,并自学实验技术。他还参加了加州森尼韦尔市的“生物好奇”社区实验室。


Sosa还不确定掌握了CRISPR技术后会用它做什么。他可能会参加“生物好奇”的小组活动,对酵母进行改造,让它能产生酪蛋白——这种蛋白在牛奶中大量存在,这或许是用酵母直接制造出素食奶酪的第一步。这些可能会用到CRISPR技术,研究在不同种类的酵母中蛋白是如何被化学修饰的。“目前我们能做的实验跟一些大型实验室能做的一样,这真让人兴奋。”他说。


另一方面,日本东京大学生物数据可视化研究员Artist Georg Tremmel对使用CRISPR技术有清晰的计划。他和合作者计划利用这种技术把日本销售的经基因改造的蓝色康乃馨去除插入的基因,恢复成天然的白色。他们希望其他人能考虑这种经过双重基因改造的康乃馨与未经基因改造的有同样基因组的康乃馨是否存在不同。


Tremmel表示,到目前为止,这一改造基因计划中最复杂的部分不是使用CRISPR,而是康乃馨细胞培养技术。另外一个挑战则是获得展示这项研究成果的许可:因为尽管蓝色康乃馨被允许在日本销售,但这种双重基因改造白色康乃馨若要上市,则需要经过许可。


但除了具有创造性潜力,CRISPR也有潜在的生物危险性。美国联邦调查局生物恐怖主义小组在过去几年中曾潜入生物黑客社区,反复提醒其成员留意是否存在可疑的生物恐怖活动。不过,华盛顿智库威尔逊中心科学政策研究人员Todd Kuiken指出,这些担忧可能没有必要,大多数生物黑客有善意的目标,例如创建五颜六色的细菌或酿造特色啤酒。


此外,Kuiken还表示,人们对于一个典型的DIY生物学家所能做的也有过度预计。酶和抗体等实验试剂非常昂贵,分子生物学实验非常耗时,而实验仪器和专业科学家也是需要经费支持的,这些常常是个人或社区实验室不具备的。而且,大多数社区实验室坚持声明开展的研究都是生物安全要求最低级别的,不使用人体细胞和大多数病原体。此外,在欧洲部分地区,在专业实验室以外开展基因编辑实验属于非法行为。


加州16岁的生物黑客和科学竞赛冠军Keoni Gandall表示,考虑到对DIY实验室的限制,很多爱好者只有在需要非常精确地改变基因组时才会考虑使用CRISPR技术。他已经在家使用聚合酶链反应(PCR)机和离心机做实验近3年了。目前为止,Gandall只在当地大学实验室做志愿者时使用过CRISPR技术,他说,“感觉非常棒”。


对于CRISPR技术最大的担忧之一是有人会利用这项技术,通过基因改造,制造出能在人群中异常迅速传播的病原体。但洛杉矶生物黑客、环境律师Dan Wright认为,大多数业余生物研究者目前还没有这种能力。构建这样一个系统将超出考虑相对简单问题的他和同事的能力范围。


“这太难了。”Wright说,“目前仅是敲除掉一种植物的一个基因,对于生物黑客已是很大的挑战了。”


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