( 來源:NataliMis, Depositophotos )

CRISPR 技術的商業化不僅將沉寂已久的基因療法重新帶回大眾的目光,也為許多罹患罕見遺傳疾病的患者帶來一線曙光,儼然成為當今生物醫學的明日之星。然而隨著人體試驗階段的到來,CRISPR 的健康風險,也正接受嚴厲的考驗與質疑。

基因剔除

CRISPR/Cas9 技術源自細菌與古細菌體內類似免疫系統的內在防禦機制:Cas 蛋白能辨識、分解侵入的嗜菌體 DNA,並將水解後片段鑲嵌至自身基因組中,作為預防二次感染的比對資料庫。

在小鼠或人類細胞中,研究人員利用 Cas 蛋白的一員─ Cas9 攻擊特定基因。藉由打斷雙股 DNA 骨架,引發細胞─尤其一種稱為非同源互換端點黏合 ( non-homologous endjoining,NHEJ ) ─的基因修復機制。

由於 NHEJ 僅將斷裂處重新黏合,至於修復後的基因序列是否依然保持完整,並無糾錯校正機制,本質上屬於細胞為應急所採取的權宜之計。也因此常造成黏合處前後數個鹼基的插入 ( insertion ) 或缺失 ( deletion ),合稱 InDel,使得原有的基因失去正常功能或無法正確轉錄,達到基因剔除的目的。

目標基因突變

一般認為由 CRISPR 引起的目標基因突變 ( on-target mutations ) 有限,平均約 20 個鹼基對 ( base pair,bp ) 以內。然而,一份近期的研究質疑該數字被嚴重低估。尤其以單股 RNA 作為 Cas9 辨識特定基因時的導引樣本 ( guild RNA,gRNA ) 時,缺失的鹼基可高達上千對。

值得注意的是,該研究的實驗方法與一般 CRISPR 的操作方法有所不同,也自然招致許多質疑。其中 Cas9 與特別設計的gRNA 基因片段,在實驗前已預先分別併入公小鼠胚胎幹細胞 ( embryonic stem cell, ES ) 的基因組中,由細胞自行合成具有活性的 Cas9/gRNA,用以剔除位於 X 性染色體上的 PigA ( Phosphatidylinositol glycan anchor biosynthesis class A ) 基因。

然而,這並非第一次有研究質疑CRISPR的健康風險。

目標外基因突變  ( off-target mutations )

某種程度而言,CRISPR 是以人為方式在特定基因座上誘導突變。然而實務操作上,為擺脫細胞先天複製次數上的限制,研究人員常使用癌細胞作為實驗對象。

這些經過培養的癌細胞,與正常細胞相比,本身對於基因突變的把關並不嚴謹,某些對於正常細胞而言致命的突變較容易被保存下來。

而這可能造成某些意想不到的後果:第一,CRISPR 在正常細胞中的效果可能被高估。尤其當細胞仍然擁有正常功能的抑癌基因,如 p53 時,由 CRISPR 所引發的突變可能誘發更精緻的基因校正機制,或直接導致細胞凋亡。

其二,即使 CRISPR 所引起的突變成功在正常細胞中被保存下來,研究人員也可能在無意之間,不可避免地汰選出那些已有癌化趨勢的細胞株。

這些發現,無疑為歐美多起即將進入人體試驗階段的 CRISPR 基因療法,帶來一定的衝擊。相關領域的研究也因此蒙上一層陰影。然而,由另一個角度出發,關於 CRISPR 的種種疑慮與猜忌終可望獲得解答。

 

參考資料:

  1. Kosicki, M. et al.  (2018, Junly 16). “Repair of double-strand breaks induced by CRISPR–Cas9 leads to large deletions and complex rearrangements.” Nature Biotechnology.
  2. Ihry, R.J. et al. (2018, June 11). “p53 inhibits CRISPR–Cas9 engineering in human pluripotent stem cells.” Nature Medicine.
  3. Haapaniemi, E. et al. (2018, June 11). “CRISPR–Cas9 genome editing induces a p53-mediated DNA damage response.” Nature Medicine.
  4. 林漢佐。(2015, December 1)。「物種基因剔除技術爆炸性的新突破─CRISPR/Cas9技術淺談」。科學月刊
  5. Haridy, R. (2018, June 12). “Major research reveals CRISPR gene-editing could increase cancer risk in cells.” New Atlas.
  6. Haridy, R. (2018, July 17). “Controversial study raises new doubts over unwanted genetic damage caused by CRISPR.” New Atlas.
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