對豬應(yīng)用基因編輯

畜牧編輯

　　CRISPR技術(shù)強大的能力在編輯動物基因方面已經(jīng)取得了相當(dāng)多的成果，僅僅將這一技術(shù)應(yīng)用到豬身上，就可以產(chǎn)生人類血液所需要的蛋白，甚至有可能產(chǎn)生可供人類移植的器官。

　　基因編輯技術(shù)CRISPR被美國《科學(xué)》雜志評選為2015年十大突破之首。除了對人類基因和胚胎的編輯引發(fā)巨大爭議外，目前這一技術(shù)在編輯動物基因方面取得了相當(dāng)多的成果，為治療人類疾病和生產(chǎn)人類所需的產(chǎn)品提供了廣闊前景。研究人員已經(jīng)能用CRISPR來編輯豬、魚、猴子、羊、兔子、老鼠、蝴蝶等動物，僅僅對豬進(jìn)行基因編輯，就可以為人類提供很多服務(wù)和產(chǎn)品。

　　產(chǎn)生人類蛋白

　　人血白蛋白（HSA）是人血漿中的蛋白質(zhì)，其作用既廣泛又重要，因為它們在體液內(nèi)可以運輸脂肪酸、膽色素、氨基酸等，同時能維持血液正常的滲透壓。人血白蛋白還可用于治療休克與燒傷，用于補充因手術(shù)、意外事故或大出血所致的血液丟失，也可以作為血漿增容劑。

　　但是，如果人血白蛋白只從人體獲取，如從獻(xiàn)血者的血液中提取，不僅數(shù)量有限，而且價格昂貴。因此，研究人員一直希望利用基因工程改造動物，如豬或羊來生產(chǎn)人血白蛋白?，F(xiàn)在的CRISPR-Cas9基因剪刀為實現(xiàn)這一想法提供了理想的工具，因為通過基因編輯動物，如編輯豬，可以讓豬生產(chǎn)人血白蛋白。

　　但是，基因編輯豬也會有兩種結(jié)果，既產(chǎn)生豬白蛋白，也可產(chǎn)生人血白蛋白，要解決這個問題，就只能是在編輯豬的基因時，把敲入的人類基因放在位于豬白蛋白產(chǎn)生基因的下游。北京蛋白質(zhì)組研究中心的研究人員通過使用CRISPR-Cas9，將人血白蛋白的基因敲入到豬白蛋白基因位點下游起始密碼子，希望人血白蛋白基因能在豬內(nèi)源性白蛋白基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控下表達(dá)，同時阻止豬內(nèi)源性白蛋白基因的表達(dá)。

　　研究人員在10只母豬體內(nèi)植入了300個改造過的受精卵，之后有5只豬成功懷孕，產(chǎn)下了16只巴馬豬仔。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這16只豬仔都帶有預(yù)期敲入的生產(chǎn)人血白蛋白的基因，在它們的血液中也能檢測到人血白蛋白。不過，各只幼豬體內(nèi)的人血白蛋白含量有所不同。因此，這只是一個初步的成功。

　　更重要的是，要在未來的繁殖試驗中查驗敲入的人血白蛋白基因是否能在這些豬的后代中遺傳下去。如果能穩(wěn)定遺傳下去，或許未來能讓這些基因編輯的豬生產(chǎn)人們所需要的人血白蛋白。

　　提供人類器官

　　人體器官供不應(yīng)求制約了器官移植治療疾病和挽救人的生命，因此，一直以來，研究人員在想方設(shè)法采用動物的器官供給病人移植，豬的器官就被視為是一個最好的人類器官的代用品。

　　但是，采用豬的器官要解決兩大問題，一是豬的器官可能引發(fā)器官受者的免疫排異反應(yīng)，二是豬身上的一些隱藏的病毒和微生物可能對人有害。

　　豬的器官對于人是異種器官，異種器官移植面臨的免疫學(xué)排異反應(yīng)表現(xiàn)為超急性排斥反應(yīng)（HAR）、急性血管排斥反應(yīng)（AVR）、細(xì)胞介導(dǎo)的排斥反應(yīng)和慢性排斥反應(yīng)。1993年，美國匹茲堡大學(xué)外科醫(yī)生庫珀（David Cooper）等人發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)人類免疫反應(yīng)的肇事者就是源自豬血管內(nèi)皮細(xì)胞上的抗原，稱為α-1,3-半乳糖，這是一種糖分子，能在幾分鐘內(nèi)引發(fā)器官排異。但是，一種名為α-1,3-半乳糖基轉(zhuǎn)移酶的酶對于產(chǎn)生這種糖是必需的，將產(chǎn)生這種酶的基因敲除，就有可能緩和免疫排異反應(yīng)，從而讓豬器官供人類移植。

　　另一個問題是，豬體內(nèi)有很多潛藏的或休眠的逆轉(zhuǎn)錄病毒（PERV），有幾十種。盡管這些豬的逆轉(zhuǎn)錄病毒是否對人類有害存在爭議，但較為普遍的看法是，如果使用豬的器官，就應(yīng)當(dāng)消除這些隱患，以免移植豬器官后引發(fā)其他疾病。因此，如果要使用豬的器官，就必須敲除這些豬逆轉(zhuǎn)錄病毒的基因，以確保萬無一失。

　　于是，去除或修改豬的α-1,3-半乳糖基轉(zhuǎn)移酶和其他幾十種轉(zhuǎn)錄病毒基因就歷史地落到CRISPR-Cas9的肩上。美國哈佛大學(xué)的丘奇教授領(lǐng)導(dǎo)的團隊在2015年10月宣布，他們的兩個研究小組已經(jīng)能完成去除或修改豬的α-1,3-半乳糖基轉(zhuǎn)移酶和其他幾十種轉(zhuǎn)錄病毒基因的任務(wù)。

　　一個研究小組利用CRISPR-Cas9對一組豬胚胎進(jìn)行了二十多個基因的改造，其中就包括編碼豬的α-1,3-半乳糖轉(zhuǎn)移酶的基因，從而阻止了豬細(xì)胞表面的α-1,3-半乳糖產(chǎn)生，也就消除了豬器官上面的抗原，可以避免移植到人體觸發(fā)免疫反應(yīng)。

　　另一個研究小組則利用CRISPR-Cas9編輯豬胚胎中的62個豬內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒基因，讓這些病毒失活。這個工作非常重要，因為這些病毒嵌入在所有豬的基因組中，無法進(jìn)行處理或是被中和。由于擔(dān)心它們有可能會給人類移植患者帶來疾病，豬器官一直遲遲不敢用于人類。

　　現(xiàn)在，由于解決了這兩個問題，即消除了引發(fā)免疫反應(yīng)的α-1,3-半乳糖和豬內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒，下一步將有可能把豬的器官移植給人。不過，在對人進(jìn)行移植前，當(dāng)然還要通過動物試驗來驗證，例如，對狒狒和猴子移植經(jīng)過CRISPR-Cas9編輯的豬的器官，如肺、心臟和肝臟。

　　美國馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)院的外科醫(yī)生也已經(jīng)在做這種動物試驗。他們從一頭經(jīng)過CRISPR-Cas9編輯的成年豬身上摘下肺，移植給一只6歲的狒狒。在不太遙遠(yuǎn)的未來，這一研究將告訴人們，豬的器官是否可以移植給人。
　　來源：南方周末