讓細胞「百毒不侵」

更新時間:2022-04-01 16:00:24 所屬欄目:基因組 作者:金盈玫

摘要:人類基因組編寫計劃旨在使人類細胞對抗包括HIV在內的各種病毒。圖中展示病毒感染了一個細胞系。圖片來源:《自然》雜志官網2016年6月2日,美國紐約大學的杰夫·博伊科、哈佛大學的喬治·邱奇、耶魯大學生物工程師法瑞恩·艾薩克等領銜的科學家在美國《科學》雜志上刊文宣布,將籌資1億美元,

人類基因組編寫計劃旨在使人類細胞對抗包括HIV在內的各種病毒。圖中展示病毒感染了一個細胞系。圖片來源:《自然》雜志官網

2016年6月2日,美國紐約大學的杰夫·博伊科、哈佛大學的喬治·邱奇、耶魯大學生物工程師法瑞恩·艾薩克等領銜的科學家在美國《科學》雜志上刊文宣布,將籌資1億美元,啟動歷時10年的人類基因組編寫計劃(GP-write),從頭開始在實驗室中合成出人類基因組。

消息一經發布,就引發了科學界和公眾對于實驗室「合成」出人類的強烈擔憂。但在歷時兩年的喧譁與騷動后,該項目領導小組5月1日在波士頓宣布,將暫時放棄從頭制造人類基因組的嘗試,專注于編輯細胞以對抗病毒感染。

那么,他們為何如此青睞所謂的「超安全」的抗病毒細胞呢?新計劃的實施面臨哪些困難?《科學》和英國《自然》雜志都在1日的報導中進行了關注。

「超安全」的細胞

研究人員表示,最新項目的主旨很明確:重新設計人類和其他物種的細胞基因組,以使細胞「超安全」。

《自然》雜志報導說,研究人員表示,「超安全」的細胞將讓多個領域受益。比如,當藥物公司用細胞制造治療性蛋白質時,如果細胞受到病毒感染,那么整個生產必須停止;而抗病毒的人類細胞系可讓企業在制造疫苗、抗體和其他生物藥物時,沒有病毒污染的風險。

而且,耐藥細胞系也是更安全有效的醫藥工廠,不需要進行太多監測工作。另外,這些細胞也可以幫助科學家制造擁有類似人類蛋白質中出現的化學「裝飾物」的蛋白質藥物,從而降低人體免疫系統的排異風險。

人類基因組編寫計劃科學執行理事會成員法瑞恩·艾薩克表示,更重要的是,新項目可能有助于研究人員超越目前的CRISPR等編輯工具,獲得更寬泛、更好的基因組重新設計工具。他設想,未來科學家們將「重新編寫基因組,以使生物體擁有全新功能」——比如僅在實驗室嚴格控制環境下繁殖的能力等。

除了能抗病毒外,組織者們也在考慮其他超安全的細胞特征,例如對抗癌癥突變、輻射以及冷凍等。

對遺傳密碼進行病毒防護

那么,如何使細胞「百毒不侵」呢?

研究人員解釋,使細胞不受病毒侵害需要「重新編碼」,也就是改變細胞的DNA序列,即所謂的密碼子,其能解碼蛋白質的胺基酸組成。

由于多個密碼子可以代表同樣的胺基酸,研究人員可換出冗余的密碼子,并保留細胞的重要功能。通過消除某些密碼子,他們可以安全地去除將這些密碼子翻譯成蛋白質的一些細胞機制。當病毒「劫持」細胞并試圖復制時,也依靠這些細胞機制來解碼自身的基因。

德國馬爾堡大學染色體生物學家托斯頓·瓦爾德明霍斯并沒有參與基因組編寫計劃。他說,由于重新編碼的細胞「基本上講的是另一種語言」,所以無法「招待」病毒,也就對病毒產生了抵抗能力。根據人類基因組編寫計劃領導小組1日發表的聲明,要想讓人類細胞抵抗病毒,基因組至少要有40萬個變化。

新項目可能需要人類基因組編寫計劃創始人和領導者在實驗室中孕育出來的技術。2005年,艾薩克開始實驗重新編碼大腸桿菌的基因組。在2013年的一篇論文中,艾薩克、邱奇和合作者對大腸桿菌中一個密碼子進行了321種互換,使其對某些病毒具有抗性。目前,兩個實驗室正在努力去除大腸桿菌的其他密碼子。

針對細胞重編碼這一想法,瓦爾德明霍斯說:「它在大腸桿菌中起作用,我希望它也能在人類細胞中起作用,這并非新的科學見解……但我仍然認為這是值得的?!?/p>

實際問題依然存在

新項目理想很豐滿,但現實很骨感。要想實現該項目,仍面臨諸多難題。首當其沖的是資金問題。盡管在1日的會議上,有基因編輯技術公司表示愿意將自己的技術貢獻出來,但肯拿出真金白銀的人士或團體仍不見蹤跡。

此外,該項目將如何執行目前尚不清楚。博伊科希望優先考慮人類和小鼠基因組的重新編碼。他說,如果新項目以正在進行的酵母基因組計劃(Sc2.0)為藍本進行建模,那么選擇參與的團體將提供資金。

人類基因組編寫計劃有約200名科學家參與,其中一些已自發組成9個「工作組」來處理各類主題,從技術和基礎設施的發展到項目的道德、法律和社會影響等,并為將來的工作制定「章程」和「路線圖」。

最后,智慧財產權問題也可能使新項目變得更復雜。博伊科說:「在合成生物學和合成基因組學方面,通常只有部分智慧財產權?!?/p>

艾薩克也指出,哈佛大學、耶魯大學和麻省理工學院都擁有與重新編碼相關的專利。不過,人類基因組編寫計劃工作組中有一個智慧財產權團隊,將探討該計劃中使用的技術以及未來可能的突破如何共享。(劉 霞)

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