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1.何星亮。生前开颅,还是死后穿孔?[J].广西民族大学学报,2010, 32 (1)
:58-70.
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2.(美)洛伊斯·N.玛格纳.医学史[M].上海: 上海人民出版社.2017.
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生命密码2:人人都关心的基因科普
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生命密码2:人人都关心的基因科普 基因编辑制造“新型人类”?
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2018年11月26日,世界上首批已知经过基因编辑的婴儿,双胞胎女婴“露露”和“娜娜”在中国出生。负责该项目的研究者表示,这对女婴的CCR5基因经过了基因编辑,这使她们生来就能预防艾滋病病毒的侵染。
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此消息一经公布,便在国内外引发了巨大争议。“基因编辑婴儿”的诞生,到底是利用高科技让人类远离疾病威胁的福音,还是罔顾科研伦理道德的违规行为?这还要从基因编辑技术的前世今生说起。
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何为基因编辑
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基因编辑技术是对基因进行DNA片段插入或者敲除,以改变生物遗传性状的技术。它与传统转基因技术的区别是转基因是把外源基因转入生物的染色体中,而基因编辑技术是对原有基因进行修改。
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早期的基因编辑技术包括锌指核酸内切酶(zinc-finger nucleases,ZFN)技术和类转录激活因子效应物核酸酶(Transcription Activator-like effector nucleases,TALEN)技术。这两种技术都能对基因进行定点编辑,但成本更低、操作更简便、准确度更高的CRISPR-Cas9技术问世后,迅速取代了前两种基因编辑技术,现在说起基因编辑,基本上指的都是CRISPR-Cas9技术。
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CRISPR-Cas9技术的发明灵感来源于细菌或古菌的免疫防御系统。当病毒入侵,把自己的DNA整合到细菌或古菌染色体中时,细菌或古菌便会识别病毒的DNA序列,把一小段病毒DNA整合到细菌或古菌染色体中名为CRISPR序列的串联重复序列里;当同样的病毒再次入侵时,CRISPR序列附近的Cas 9基因便会表达Cas9蛋白,该蛋白能针对性地识别被整合到CRISPR序列的那段病毒DNA,从而对具有含有同样DNA片段的一切DNA进行切割,达到消灭病毒的目的。
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Cas9属于Ⅱ型CRISPR/Cas系统,Cas9蛋白对病毒DNA的识别,需要借助一段结合在该蛋白上的RNA,这段RNA与靶标DNA互补,所以只要双链DNA上存在与这段RNA互补的序列,并且末端含有Cas9的特异性识别位点,Cas9蛋白就会将它们切割。也就是说,利用此技术进行基因编辑时,只要给要切割的DNA人为合成一段互补RNA,使之与Cas9蛋白结合,Cas9蛋白就会识别这段DNA并进行切割,此时研究者便可以对这段DNA进行剪除,或者将一段新的DNA整合到被剪切的位置。
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2012年,来自法国和美国的两位女科学家埃玛纽埃尔·卡彭蒂耶(Emmanulle Charpentier)和詹妮弗·杜德娜(Jennifer Doudna)首次用CRISPR-Cas9技术对DNA进行了编辑。随后,华裔科学家张锋改良了该技术,用此技术对体外培养的人类细胞进行了基因编辑,这是此技术首次被应用于真核生物。
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示意图:如果Cas9蛋白连接的RNA片段能与目标DNA互补,Cas9蛋白便开始切割目标DNA(绘图:傅坤元)
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基因编辑技术在使用过程中可能出现失误,导致该切割的基因没被切割,不该切割的正常基因反而被误切,这种情况叫脱靶。从目前的检测结果来看,CRISPR-Cas9技术的脱靶率相对较低,比其他基因编辑技术相对安全,已经在多个领域开始应用。
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基因编辑的应用
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神器在手,焉有不用之理。CRISPR-Cas9技术的出现大大降低了科研成本,为新研究提供了强大的新工具,让生命科学走进了全新的纪元。此外,CRISPR-Cas9技术能准确、便捷地改造生物基因,为不少重症患者带来了康复的希望。
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2016年,张锋等研究人员用CRISPR-Cas9技术治疗一种名为杜氏肌肉营养不良症(Duchenne muscular dystrophy,DMD)的遗传病,实验结果显示,经过基因治疗的动物模型病情得到了改善。另外也有研究证明,此技术可用于治疗地中海贫血和镰刀型贫血,将致病基因编辑为正常基因,便可让患者康复。而张锋的同门师妹杨璐菡,则致力于用CRISPR-Cas9技术清除猪基因组中的内源性逆转录病毒,并减少猪器官移植人体时产生的免疫排斥,培养出能为人体提供移植器官来源的基因编辑猪。
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CRISPR-Cas9技术还能应用于肿瘤的免疫治疗。将肿瘤患者的T细胞进行基因编辑,可以提高T细胞对肿瘤细胞的识别、杀伤能力,再将经过基因编辑的T细胞注射回患者体内,这些细胞便会自发清除体内的肿瘤细胞。此外,研究人员还能用CRISPR-Cas9技术分别切割肿瘤细胞的各个基因,通过观察每个基因被切除后肿瘤细胞的生理活动,寻找使肿瘤细胞逃过免疫杀伤的基因,从而针对这些基因设计靶点药物,提高药物对肿瘤细胞的杀伤率。
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