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諾貝爾奬系列專題2:無與倫比的美麗新世界 ——基因編輯技術CRISPR-Cas9的省思

更新於 2024/11/26閱讀時間約 7 分鐘

諾貝爾化學獎

瑞典皇家科學院將2020年諾貝爾化學獎授予法國學者夏彭蒂耶(Emmanuelle Charpentier)與美國學者杜德納(Jennifer A. Doudna),表彰兩位科學家對基因編輯(Genome Editing)技術的貢獻。她們開發的 CRISPR-Cas9 「基因剪刀」,可以極精準地改變動植物與微生物的去氧核醣核酸(DNA),將分子生物學、癌症創新治療、遺傳疾病、與植物抗病育種的相關領域帶入嶄新的時代。
CRISPR(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat)(群聚且有規律間隔的短回文重複序列)是一種細菌對抗外來病毒的後天免疫系統。細菌基因組中會對曾經入侵的病毒DNA產生記憶,因為當細菌遇到病毒入侵時,細菌的核酸酶 Cas9 會剪下病毒的一小段 DNA,嵌入自己的基因組上。這種細菌的免疫機制,稱為 CRISPR-Cas9。日後再面對相同病毒的攻擊時,細菌就會透過這些基因片段來偵測,並藉此來分解外來的DNA。

造物者的手術刀

細胞修復受損的DNA有兩種方法,非同源性末端結合(Non-homologous end joining, NHEJ)是直接把斷裂處接合,而同源性定向修復(Homology directed repair, HDR)則是拿另外的DNA 做模板,複製正確的 DNA 片段,以接合在DNA斷裂處。當細胞選擇HDR的修復方式時,基因編輯技術才有機會把正確的基因送入。而每種細胞面對 CRISPR 的反應不太一樣,有些細胞的開關是 HDR 與NHEJ 各半,而有些細胞,完全是 NHEJ。
實務上的操作是將 Cas9 做好並放入冰箱冷凍,想要剪掉某段目標 DNA,先訂做單股與目標基因互補的引導RNA 序列,然後將 Cas9 解凍、與引導 RNA 結合,再用電擊的方式送入細胞核,引導 RNA會找到與其互補的 DNA序列,再讓Cas9 去剪開雙股螺旋DNA,然後透過HDR的修復方式,正確的基因就有機會被細胞拿來修補 Cas9 剪下的斷口,如此便完成了基因編輯。
基因編輯技術大幅加快了基因工程的速度,人類因此可能改寫基因密碼、掌控演化、甚至影響生命的未來。然而,現階段CRISPR技術上並未成熟,有可能意外編輯了基因組中其他的基因,造成不可預測的後果,運用在人體實驗上存在極大的風險。所以,目前基因編輯還不適合直接編輯人體內的細胞或胚胎細胞,比較安全的做法是將細胞取出,在體外編輯,如應用在治療鐮刀形紅血球貧血症的例子。

孤寂的美麗新世界

CRISPR-Cas9 也帶來倫理與基因突變風險的隱憂,最著名的爭議性事件是2018年中國的「免疫愛滋病基因編輯嬰兒」。科學家透過基因編輯技術,對一對雙胞胎嬰兒胚胎細胞的CCR5基因進行改造,嘗試使嬰兒獲得對愛滋病的免疫力。而圍繞著基因編輯另一個主要的議題,就是這樣的技術如果不是用於治療罕見或致命遺傳疾病,而是用來優化智力、體能、或外表的增強 (Enhancement),是否無形中加劇了社會的不平等?
基因編輯可能化約為簡單的經濟行為,按市場的供需機能運作,具備經濟優勢的人可以透過基因編輯人類胚胎來訂做「客製嬰兒」(designer baby),以取得較有競爭力具生物優勢的後代,也就是說,這樣深化了的社會不平等是直接寫入DNA中的。而對於人類以外的其他物種而言,基因編輯到底是促進了演化,還是其實加速了滅絕,也是值得我們深思的。
英國作家阿道斯・赫胥黎(Aldous Huxley)的《美麗新世界》(Brave New World)描繪2540年時未來世界的樣貌,人類將全數從試管中誕生,有著於胚胎發育期與成長時的「制約」所註定的社會階級。在這美麗的烏托邦,去除人性的理性化社會與極權主義的統治中,人類再也不需要思考,也不需要擁有自我意志。而這樣 「美好」 的生活,卻無法帶給每一個人真正的快樂。美國生物學家愛德華.威爾森(Edward O. Wilson)將這種人為干預的演化稱為「意志型演化」(volitional evolution)。這種型態的演化可能會造成族群內的基因差異減少,以及面臨創造出的新物種對生物圈造成難以預料的連鎖反應。
威爾森甚至提醒我們:「人類世(Anthropocene):一個屬於人類、為人類而存在、以人類為中心,以致其他生物都淪為次要或消失的時期。我寧可將這個悲慘的未來稱為『孤寂時代』(Eremocene, the Age of Loneliness)」。

基因多樣性之必要

學者提出基因編輯逐漸取代物種演化過程中的自然選擇,複製優秀基因,剔除劣質基因,長期對生物遺傳多樣性可能會造成衝擊。其實我們只要仔細思考基改食品(Genetically Modified Foods)目前出現的問題就可以明白。
科學只能提供工具,卻不能給予答案。基因編輯需要與時俱進地修訂相關的法律,而對應的倫理道德的底線也應該由整個社會一起討論,而不是由科學家或政府單方面決定。公眾參與(Public Engagement)是必要的形成共識的途徑。此外,對於基因編輯用於優化智力、體能、或外表的增強的議題,我們也應該反思是否是我們自身的意識形態,或是社會文化根深蒂固的偏見與歧視所造成。如同生物多樣性對生態圈之必要,能包容與欣賞多元價值、接受差異與缺陷、以及扶弱助殘的社會,才能長期健全運作。
演化,是不斷改變與適應的過程。人類勢必需要跟著科技的進化而再度演化,因為人為創造的文化與科技帶來的改變,將巨大地影響這個物種的未來。我們的確活在物質的慾望中,時時尋找使自己快樂的方式,然而,我們也同時追求著滿足精神層面人生的意義。就是在這樣的對立拉鋸的動態平衡中,完整了人性。基因編輯技術的出現,引發我們去思索「我們是誰、什麼是人」,以及關心我們與其他物種間的關係與生態環境。人類在演化的長河中行至此刻,擁有集體意識與理性思考,這是人類異於其他物種之處,也是我們對地球應負的責任,維持基因的多樣性與不斷地思索與辯證,才能讓我們演化成為更好的人。
責任編輯:黃璿聿  核稿編輯:鄒宇晴

參考資料與延伸閱讀

1. 人體基因編輯是在編什麼?五分鐘搞懂基因神剪 CRISPR https://research.sinica.edu.tw/gene-editing-crispr-lin-chia-hung/
2. 重新思考創新 (三) : 當人類開始將手伸入自然⋯⋯
3. 「超級公牛公豬」和基因編輯的倫理問題
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