最伟大的技术革命许也是最危险的.docx

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1、最伟大的技术革命许也是最危险的 农业学家也已经让大麦作物对于一些致命的真菌比如白粉菌产生免疫力，转基因的粮食作物能够喂饱地球上的90亿人。生物工程学家利用Crispr技术变更了酵母菌的DNA，让它可以消耗植物物质并产生乙醇，有望消退人们对于石油化工产品的依靠。以Crispr为核心技术的创业者们成立了国际化制药公司及农业公司，进一步促进了Crispr的研发。美国最有地位的两所高校还卷入了一场抢夺该技术基本专利权的激烈斗争中。出于各自不同的立场，Cfispr在你眼中可能是一个充溢光明的-将来，也可能是一个诺贝尔奖章，还可能是巨大的财宝。 这项技术具有革命性，也犹如全部革命一样充溢危急。Cfispr

2、技术让阿西罗玛会议上一些科学家的噩梦变得随时都有可能成为现实。它至少能够让遗传学家们着手实现让许多人都担忧不已的魔法一人工培育良种婴儿、侵入性突变体、针对特定物种的生化武器，还有其他一些颇具末日感的科幻奇观。随之而来的还有生命科学探讨领域的全新规则。但是没人知道这个规则原委是什么也不知道谁将会是第一个打破规则的人。 从某种意义上来说，在没有人知道基因是什么之前，人类早已经担当了遗传工程师的角色。他们能够让生物具有新的特性培育出口味更甜的玉米和脸部更扁平的斗牛犬一这些都是通过“选择育种”来实现的。但是这种方法须要时间，并且不是每次都能够胜利。到1930年，人类改造自然的速度突然加快。科学家用x光

3、频繁对植物种子和昆虫卵进行辐射，导致各类变异在基因组中像炮弹爆炸一般遍地开花。假如在这几一百零一种受到辐射的植物或昆虫中有一种能够根据科学家们预期的效果成长起来，它们就会被加以培育，其余的就会被丢弃。这就是红肉葡萄柚和大部分现代啤酒麦芽的来历。 发觉Crispr的人不是基因工程师。他们是基础探讨人员，他们为了揭开生命起源的隐私而对地球上第一种生物的后代，统称为“古生菌”的古代细菌和微生物的基因组进行测序。在深化探讨构成DNA序列的四个碱基A、T、G和C基的时候，微生物学家留意到，这些基因的链架上出现了一些重复片段，它们正序与倒序的排列是一样的这被称作“回文结构”。探讨人员们并不清晰这些片段能够

4、起到什么作用，只知道它们很有蹊跷。在只有科学家才酷爱的命名嬉戏中，他们将这些成簇的重复回文序列命名为Crispr。 随后，2022年，丹麦食品公司丹尼斯克的微生物学家鲁道夫，巴朗格在该公司用来生产酸奶和奶酪的细菌“嗜热链球菌”中发觉了一些同样的重复回文序列。细菌也会受到病毒的攻击一这种病毒被称为噬菌体。巴朗格的团队发觉，这些基因片段在细菌反抗噬菌体的过程中起到了重要作用，它会产生一种所谓的“免疫记忆”。假如受到噬菌体攻击的细菌中也包括Crispr重复回文序列的话，该细菌就能够分辨出噬菌体并进行反击。 随着更多探讨人员对更多细菌进行测序，他们一再发觉了Cfispr的存在一大约有一半的细菌都包含有

5、它们。许多古生菌中也有。更惊奇的是，CrNpr的某些序列最终并不能像其他基因那样合成某种蛋白质，而是会产生RNA一种单链结构遗传物质。 这一发觉又引发了一个新的假设。许多现存的动植物抵挡病毒侵袭的体内构造都是由RNA产生的。所以，一些探讨人员起先新奇，Crispr会不会是一个原生的免疫系统。在致力于这项探讨的人中，有一位来自加州高校伯克利分校的吉尔，班菲尔德，她在加州沙斯塔县已经废弃的铁山矿内110华氏度的酸性水源中找到了一种微生物，其体内也含有Cfispr序列。但是要想证明她的推断，她须要帮助。 幸运的是，矿区里发觉的细菌严峻引发了美国最闻名的RNA专家、生物化学家詹妮弗，杜德娜的新奇心，但

6、是杜德娜细致分析了Cfispr的结构，并没有发觉证据表明细菌的免疫系统与现有动植物免疫系统之间有任何关联。不过，她认为这一系统可以被用于疾病诊断测试。 班菲尔德也并不是唯个在Crispr项目上向杜德娜寻求帮助的人。2022年，杜德娜在波多黎各的圣胡安参与美国微生物学会举办的一次会议，一名热忱的法国科学家问她是否介意到会场外面聊几句。这个人就是瑞典于默奥高校的微生物学家艾曼纽尔，夏邦杰。 她们在圣胡安老城的胡同里穿行，夏邦杰一路在说明，她发觉与Crispr有关的一种蛋白质Csnl好像非同寻常。它似乎能够找寻到病毒中特定的DNA序列，并且像微观手术刀一样将其切断。夏邦杰恳求杜德娜帮助她弄清这一现象

7、的原理。“不知道为什么，她说起这件事时，我真的到现在我还能想起那种感觉我的后背突然冒出一股凉气，”杜德娜说。“当她说到这种神奇的Csnl的时候，我当时就有种预感，这将会带来一些突破。” 回到瑞典后，夏邦杰把一个菌落的酿脓链球菌保存在生物化学贮存室里。没人情愿接近酿脓链球菌。它会引发脓毒性咽喉炎和坏死性筋膜炎也就是俗话说的噬肉病。不过这种细菌正是夏邦杰的合作伙伴，也正是在这种酿脓链球菌中，夏邦杰发觉了那种神奇而强大的蛋白质，现在它被重新命名为Cas9。夏邦杰取得了这个菌落的样本，提纯了DNA，并决递给了杜德娜。 夏邦杰和杜德娜的探讨团队起先一起工作，他们发觉Cfispr生有两条很短的RNA链，而

8、Cas9就连接在上面。这些RNA链的序列能够对于病毒DNA的支链做出反应，并且能够像GPS一样锁定定位那些片段的位置。当CrisppCas9复合体锁定目标后，Cas9能够发挥魔术般的作用：它会变更形态，抓住DNA并且如特别精确的分子手术刀一般将其切断。 这件事的重要性在于：他们将这一反应的过程拆解之后，杜德娜的博士后学生马丁，吉内克把那两条RNA链合成为一个片段一也就是“引导RNA”并可以对其进行基因工程编码。他可以提取随意生物的基因符号来生成引导RNA；不仅可以从病毒中提取，也可以从他们能够想到的任何生物中提取。在试管里，把吉内克合成的引导RNA与Cas9蛋白质复合，就可以生成一种可以操控的

9、DNA切割工具。 2022年6月28日，杜德娜的探讨小组在科学周刊上就这一成果发表了文章。在该篇文章以及此前提起的专利申请中，他们建议将这种技术作为基因组工程的工具。它物美价廉，连高校探讨生都可以操作。 这一发觉引发了诸多关注。最近，杜德娜和夏邦杰两人分别获得了“2022突破奖”的300万美元奖金。时代周刊将两人列为影响世界的101个人之一。 每周三的下午，麻省理工学院和哈佛高校联合成立的博德探讨院的分子生物学家张峰，都会在科学周刊刚刚发布新一期电子版内容后立刻上网阅读。2022年，他也在从事Crispr Cas9的相关工作。看到了杜德娜和夏邦杰的文章，他会认为自己被捷足先登了吗？完全不会。“

10、我并没有什么感觉，”张锋说。“我们的目标是进行基因组编辑，这篇文章并没有涉及。”杜德娜的团队只是在切割漂移在试管里的微生物的DNA，但是对于张锋来说，假如你没有对人体细胞进行试验，就等于是在瞎混。 这种肃穆仔细的劲头是张锋的典型作风。他11岁时与父母一起从中国移居到爱荷华州的得梅因，父母都是工程师，一个是电脑工程师，一个是电子工程师。16岁那年，他在爱荷华卫理公会医院的基因疗法探讨所得到了一个实习机会。中学毕业时他已经获得了多个科学奖项，其中包括英特尔科学奖的第三名。 当杜德娜谈起自己的职业生涯时，她总会提到自己的导师们；而张锋则会列举自己的个人成就，包括中学时在学校获得的奖项。杜德娜看起来凭

11、直觉做事，并且实行无为而治的管理风格，而张锋则特别强势。 2022年，29岁的张锋进入博德探讨院工作。入职后不久，他在一次科学询问委员会会议上听一位发言者提到了Crispr。“我当时一百零一无聊赖，”张锋说。“所以他一边讲我就一边在谷歌上搜寻了一番。”之后，他到迈阿密参与一次试验胚胎学的会议，但是几乎没有离开过酒店房间。他把全部时间都用来阅读Crispr的相关论文，并且在笔记本上画满了将Crispr和Cas9应用于人类基因组的方法。“那是一个特别令人激烈的周末。”他笑着说。 就在杜德娜的团队在科学周刊上发表他们的探讨成果之前，张锋申请了“将Cfispr Cas9应用于基因组编辑”的联邦补助金。

12、杜德娜的论文让他加快了步伐。他知道很快就会有人着手将Crispr用于基因组中。张锋想当第一。 不久之后，张锋的团队在科学周刊上发表论文，展示了运用Crispr Cas9编辑人类和老鼠的基因组的探讨结果。该刊同期还发表了哈佛高校遗传学家乔治，丘奇运用Crispr编辑人类细胞的消息。同一个月，杜德娜的团队也宣布在人类细胞探讨上取得的进展，不过张锋很快强调，他的方法能够更好地切割并目修复DNA。 这个细微环节如此重要是因为张锋已经要求自己同时兼职的博德探讨院和麻省理工学院为他申请专利。依据公开信息显示，在7个月之前，杜德娜也已经提交了自己的专利申请。不过，为张锋申请专利的代理人在申请表格上的“加急”

13、项上打了钩，还支付了加急费用，金额通常是在2000到4000美元。美国专利商标局和博德探讨院专利代理人之间随即产生大量邮件往来，后者始终在强调他们的专利内容具有独创性。 关于人类细胞的各种论文发表之后大约一年多，杜德娜在上班路上收到一封电子邮件，告知她：张锋、博德探讨院和麻省理工学院获得了将Crisp-Cas9应用于基因组编辑这一技术的专利权。“我特别震惊，”她说，“因为我提交申请的时间比他们早几个月。” 博德探讨院的胜出引发了一次激烈交锋。去年4月，加州高校修改了杜德娜原来的专利申请书，包含了与张锋的申请内容重叠的部分，并且向专利局提交了一份长达114页的抵触程序申诉一要求进行专利全部权的听

14、证会。欧洲的多家机构也以缺乏独创性为由对张锋的专利提出质疑。张锋则把政府补助金申请作为证据，证明这个想法的确是他的独创。他说自己原来也可以像杜德娜的团队那样在2022年就发表成果，但是他希望能够证明Crispr在人类细胞上也能起到作用。美国专利商标局最决将于今年年末作出裁决。 这项专利背后包含巨大的利益纷争。任何想要在微生物之外的生物体上采纳这种技术的公司都得须要运用张锋的专利；专利费可能会高达几十亿美元，但最终产品为这些公司带来的收益可能还会再多几十亿美元。仅举一例：11013年哥伦比亚高校的科学家们申请了一项将外来DNA注入细胞内部的专利技术，叫作“协同转化”到2000年该专利过期时止，他

15、们已经获得了7.9亿美元的收入。 虽然专利全部权之争尚未见分晓，Crispr本身的价值已经得到了很好的证明，围绕这一技术接连有公司成立。2022年，杜德娜和一位学生基于此前的Crispr专利成立了一家名为“北美驯鹿”的公司；加州高校为“驯鹿”公司供应了杜德娜所需专利的特许运用权。驯鹿公司利用Crispr研发用于工业及探讨方面的原料，比如化学试剂以及洗衣剂中所含的酶。对于疾病防治一从长远来看，这毫无疑问将是CrispCas9最大的收入来源一驯鹿又成立了另外一家生物科技公司，叫作“Intellia医疗公司”，并且有权转授Crisp-Cas9的运用权。知名制药厂商诺华公司对这两家初创公司都进行了投资

16、。在瑞士，夏邦杰与人联合创立了“Crispr医疗公司”。在麻省的坎布里奇市，张锋、乔治，丘奇及其他几人基于张锋最终获得的专利，创立了爱迪塔斯医药公司。 到目前为止，这4家公司已经获得了至少1.58亿美元的风险投资。 通常来说，任何基因被胜利遗传给下一代的机会都是一半一半。下一代或者会得到妈妈的基因，或者会得到爸爸的基因。但是在1957年，生物学家发觉了这一规律也有例外，某些基因能操纵细胞分类的过程，让自身能够进入更多后代的体内，超过了原有的几率。 10年前，一名进化遗传学家奥斯汀，伯特提出了一个不太风光的方法，对这类“自私基因”加以利用。他建议将这类基因与一个你想要传播给全人类的单一基因相结合

17、。伯特建议运用这种“基因驱动”方法歼灭疟蚊，这种蚊子传播疟疾，会导致每年101万人丧生。这是个好办法。事实上，其他探讨人员已经在运用其他方法对蚊子进行生物改造，让其对引发疟疾的疟原虫产生抗体，并且降低它们的繁殖实力，削减野生蚊子的总数。不过，对蚊子进行基因改造耗资巨大。假如探讨者不持续补充经过基因突变的蚊子，那么一般蚊子很快又会在生态系统中占上风。 假如能够通过基因驱动来加快这一改造进程，那么一般蚊子就没有什么机会了。可是问题在于，将基因驱动植入蚊子体内是不行能的。直到Crispr-Cazs9的出现。 今日，哈佛高校公共卫生学院一间由四道加锁大门严密把守的试验室里，有一组非同一般的非洲冈比亚疟

18、蚊孑孓正在培育皿里一片较浅水面的旁边蠕动。它们不是一般的疟蚊。这个试验室正在尝试运用Cfispr在它们体内植入对抗疟疾的基因驱动。目前还没有胜利，但是一旦胜利了好吧，从蚊子的角度来想，这件事的确非比寻常。因为这个项目并非只是要改造它们中的一个，而是要改造它们全体。 发起这个项目的进化工程师凯文艾斯维尔特深知这项工作事关重大，因为其基本原理能够让任何一种生物灭亡。科学家须要经过多年的探讨才能确保这些基因驱动不会被遗传给其他物种或者其他种类的蚊子身上。并且，他们也想知道，假如这一驱动真的让全部蚊子都灭亡了，那么蝙蝠以及其他靠捕食昆虫为生的物种会发生什么改变。而且，“正如基因驱动可以导致蚊子不适合寄

19、宿和传播疟原虫，它们也可以根据同一方法被设计为具有特定基因驱动，从而向人类传播致命的细菌毒素。“在基因驱动方面，我是那个可能会惹出一大堆麻烦的人。”艾斯维尔特说，“所以这也是我想要确保科学家们都能当心行事，并且让自己的行为不辜负公众信任的缘由或许我们还没做到，但我情愿全力以赴去尝试。” 这些问题还不止出在蚊子身上。Crispr的一大优势就是它适用于任何一种生物体。这种力气让杜德娜感觉自己打开了潘多拉魔盒。比如，当处于子宫里的胚胎还是一团细胞体的时候，是否可以用Crispr治疗亨廷顿舞蹈症？或许可以。但是，同样的方式也可以被用来改造一些与医疗不太相关的基因，比如那些让皮肤产生皱纹的基因。“作为一

20、个行业群体，我们还没有时间好好探讨一下伦理与平安，”杜德娜说。“实事求是地说，在遗传疾病的治疗方面，这种方法与其他方法相比是否真的有临床上的优势。” 这就是她召集纳帕会议的缘由。阿西罗玛的与会者们曾经试图正视DNA重组的后续影响，如今这一问题仍旧存在一并且比以往任何时候都更严峻。假如科学家们不知道该如何操作，其他监管机构或许就会介入。包括巴尔的摩在内的少数探讨人员希望国会对科学立法。“法律是无情的，”他说。“一旦通过，就很难撤销。” 换句话说，假如生物学家还没有起先考虑伦理问题，那么为他们供应探讨资金的纳税人或许就要起先替他们考虑了。 但是，只有每一位科学家都同意遵守这些规则，它才会真正起作用

21、。纳帕会议一个月之后，中国广州中山高校的探讨人员宣布，他们运用Crispr对人类胚胎进行了编辑。他们的目的是修正引发地中海贫血症的基因组里的变异部分，这种病影响人体生成健康的红细胞。 这项试验并没有胜利事实上，Crispr对于胚胎内细胞基因的定向效果远不如对分别后的细胞效果好。为了避开在伦理学上引发争议，中国的探讨人员运用非活体胚胎进行试验，也就是说这种胚胎恒久不行能发展成型。但是这项工作还是引发了关注。一个月之后，美国国家科学院宣布将会对科学家、政策制定者和监管机构供应一系列建议，告知他们，假如胚胎工程有可能被允许的话，应当在什么时候才能批准进入试验阶段。另一份国家科学院的报告的重点则放在基

22、因驱动上。虽然那些建议并不具备法律效力，但是联邦资金能够部分确定某些科学探讨项目的存亡，全世界对科研项目供应资助的机构也通常会遵循专业机构提出的指导方针。 事实上，科学家利用Crispr进行的大多数探讨都不存在太大争议。比如，探讨人员曾经无法理解为什么确定苍蝇翅膀上脉络纹路的基因同样存在于蜘蛛体内。你可以对蜘蛛的基因进行测序并确知有一种“翅膀基因”存在于它的基因组中，但是它并没有让蜘蛛长出翅膀，除此之外你一窍不通。现在，只须要不到101美元的费用，一名一般的蜘蛛学专家就可以剪掉蜘蛛胚胎里的翅膀基因，然后视察蜘蛛生长的形态。假如形态改变很明显比如它的爪子没有形成你就会知道，在进化过程中，昆虫与蜘

23、蛛拥有共同祖先，而翅膀基因在昆虫系分别出来之前，是有其他不同作用的。随意举出一种生物和一种基因，确定有人在进行类似的尝试。 学研机构以及制药公司的试验室也已经着手开发基于Crispr的探讨工具，比如患有肿瘤的老鼠这是测试新型化学疗法的最好工具。麻省理工学院的一个团队和张锋一起，运用Crisp-Cas9在几周之内就培育出了患有肝癌的试验室老鼠。这类试验工具此前须要一年多的时间才能被培育出来。其他探讨团队在致力于探讨对细胞或者药物进行单基因变异测试的方法，以求能够理解为什么药物能够在某些状况下有效而对另外一些状况无效。张锋的试验室运用这种技术了解哪种遗传变异会让人们对一种叫作维罗非尼的黑素瘤药物产

24、生反抗力。他确认的基因组或许能为制药者供应探讨目标。 真正赚钱的方向则是人类保健。你能够找出究竟是哪些基因组让人类感染艾滋病毒虽然这个想法距离真正付诸实现还要有几十年时间，但是当你确认它们对于其他更重要的生命特征没有作用之后，你就可以在胚胎里“修正”它们。它会让人体产生对抗病毒的免疫力。 但是，干脆对人类胚胎进行基因编辑在道德和法律层面引发了一系列警告。它违反了美国国立卫生探讨院的政策，并且至少在精神上与联合国的世界生物伦理与人权宣言南辕北辙。人类基因工程更是走向完全错误的方向但是现在已经没人会觉得它只存在于科幻作品中了。 即使科学家们从未试图设计婴儿，阿西罗玛会议的与会者们40年前的担忧现在

25、看起来反而更加明显。世界变了。“起初，基因组编辑只能在几个大型试验室中进行，他们投入了大量精力，做出了千一百零一次尝试，仅有一两次获得胜利，”斯坦福高校生物伦理学家汉克，格里利说。“如今一个理科生和一套两三千元的设备就能完成这件事。曾经那些不切实际的空想，现在每天都在发生。这非同小可。” 在11015年，没有人会在乎转基因蔬菜是否应当被市场接受。没有人有实力检测一个胎儿的DNA，更不要说给它们们测序。如今，大批投资者争先恐后地要把基因工程的产品投入市场。Crispr几乎毫无阻碍地融入到现代文化之中。 另一个惊奇的逆转是，对此表现得更为恐惊的人是科学家而不是老一百零一姓。我问丘奇，Crispr令他想到的最恐怖的噩梦景象是什么，他喃喃地讲了几句与武器有关的话，然后立即缄默了。他说希望自己能够把这个想法的任何细微环节带入坟墓。但是，还有几千位科学家在探讨Cfispr，并不是每个人都会同样当心。“你无法阻挡科学的进步，”吉内克说。“科学就是科学。”他是对的。科学给人以力气。而这种力气的强大不行预知。 第15页 共15页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页