CRISPR 編輯人類胚胎安全嗎?恐會導致大量染色體混亂和 DNA 突變

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2015 年科學家首次使用 CRISPR 編輯人類胚胎。隨後,世界各地的研究團隊紛紛投入相關研究,對基因進行更精確的編輯便成為各團隊努力的目標。然而,CRISPR-Cas9 基因編輯技術的精準度和安全性問題總是阻礙其在臨床上的應用,尤其是脫靶效應 (off-target) 造成非目標基因的序列被誤認進而產生無法預期的突變,是目前最為棘手的問題。而近期研究更發現,不僅是離目標基因很遠的序列會受影響,還有一些鄰近基因的突變是過去使用的標準脫靶評估法所遺漏的。

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近日,三項研究顯示,由於 CRISPR-Cas9 編輯人類胚胎基因時,會造成大量的 DNA 缺失及染色體混亂,引起安全性疑慮。這些研究在本月發表於預印平台(preprint server bioRxiv)上,雖然尚未經過同行審查,但仍讓科學家們更認識了 CRISPR-Cas9 技術可能的潛在風險。

在第一項研究中,法蘭西斯克利克研究中心(Francis Crick Institute)Kathy Niakan 博士的團隊透過 CRISPR 技術讓 POU5F1 基因(在胚胎發育扮演重要角色)產生突變。在 18 個被基因編輯的胚胎中,約有 22% 產生了非必要的變化,影響了 POU5F1 周圍大量的 DNA,造成數千個 DNA 鹼基的缺失和重排,使得副作用遠遠超過其所帶來的治療效益。

第二項研究中,哥倫比亞大學(Columbia University)Dieter Egli 博士的團隊研究了帶有失明基因 EYS 的精子及其所產生的胚胎。他們企圖使用 CRISPR 技術修正這個基因突變,卻發現約有一半的胚胎丟失了大部分在 EYS 基因位置的染色體,有些甚至是整條染色體缺失。

第三項研究中,俄勒岡健康與科學大學(Oregon Health and Science University)Shoukhrat Mitalipov 博士的團隊則針對具有心臟病的突變的胚胎進行研究,也發現基因編輯技術大範圍地影響了目標基因周圍的染色體。

這三項研究對 DNA 突變的原因提供了不同的解釋。Egli 博士和 Niakan 博士的團隊將胚胎中觀察到的非必要基因變異歸因於 DNA 大量的缺失和重排。而 Mitalipov 博士的團隊則表示,他們發現有 40% 的變異是由一種稱為「基因轉換」(gene conversion,又稱同源性重組)的現象所導致。而所謂基因轉換是 DNA 修復的一種方式,也就是利用染色體成雙成對的特性,當 DNA 受損時以其中一條染色體作為模板去修復另一條上對應的 DNA 序列。另外,Mitalipov 博士的團隊在 2017 年報告了類似的發現,但一些研究人員對胚胎中可能有頻繁的基因轉換仍持懷疑態度。他們指出,在發生基因轉換時,來自母親和來自父親的染色體並不是相鄰的,且該團隊用來鑑定基因轉換的試驗方法可能會不小心納入染色體缺失等其他的變異。

面對「科學家是否應該編輯人類胚胎以預防遺傳疾病」這問題,除了倫理考量之外,這些研究所揭露的安全性疑慮也將會引起不少爭論,因為基因編輯對基因組造成了永久性的改變,可以世代相傳。

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編譯:Vicky
校閱:Parker

參考資料:
1. Alanis-Lobato, G. et al. Preprint at bioRxiv https://doi.org/0.1101/2020.06.05.135913 (2020).
2. Zuccaro, M. V. et al. Preprint at bioRxiv https://doi.org/10.1101/2020.06.17.149237 (2020).
3. Liang, D. et al. Preprint at bioRxiv https://doi.org/10.1101/2020.06.19.162214 (2020).
4. https://www.nature.com/articles/d41586-020-01906-4

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