[專欄] <%:data.title%>

專題 <%:data.title%>

<%:~nl2br(data.summary)%>

<%:data.subtitle%>

<%:data.subtitle%>

#<%:prop.issue%>

<%:~formatDate(prop.online_date, 'YYYY MMM DD')%>

<%:prop.title%>
<%props prop.kols%>
<%:prop.realname%>
<%/props%>
<%if prop.column_id != 0 %> <%/if%> <%if prop.topic_id != 0 %> <%/if%>
基因編輯為人類存續帶來曙光,但眼前有哪些挑戰?

ISSUE #044

基因編輯為人類存續帶來曙光,但眼前有哪些挑戰?

2022-05-10 12:00:00

「基因」相關技術總被認為如潘朵拉盒子一般,開啟了各種可能,也不免出現許多爭議。但其實「基因編輯 CRISPR-Cas9 Genome Editing 」具有治癒絕症的潛力,甚至有機會解決糧食與氣候危機。基因編輯或許是通往未來的鑰匙。

#治癒絕症不是夢 #更能解決糧食問題 #但是人民的認知接受嗎? #比起技術,法規更是難題?

王縈緹

王縈緹 / 採訪編輯

採訪寫作

陳卓君

陳卓君 / 副總編輯

審訂

圖片來源 - unsplash

questionquestion

發生什麼事?

只要是生物體都擁有基因,根據 MedlinePlus 醫學百科資料:人類估計有 20,000–25,000 個編碼基因,它們都各自具有著不同的功能,目前科學尚未能一一釐清,被視為神秘的人體密碼。而多數人對於基因技術的第一印象,多是基因改造、基因轉殖,那麼,基因編輯(CRISPR-Cas9 Genome Editing)到底是什麼?

  • 基因治療的概念早在 90 年代就已起步,現今的基因編輯,如同更新的基因治療 2.0 版。簡單來說,是修改基因突變的位置,將不好的地方切掉,再換上對的DNA。這須依靠「DNA 模板」、「RNA 引導」、「Cas9」的三方協助才能完成。(詳見文末 北榮醫學研究部部主任邱士華訪談)

    • 基因編輯的關鍵是:找到一把可以精準切開 DNA 的分子級剪刀─ Cas9 酵素,憑著一段引導 RNA,就能精準減下鎖定的 DNA 片段。DNA 具自動修補受損的本能,只要把正確的基因送進細胞核,就有機會被細胞拿來修補 Cas9 剪下的斷口,完成基因編輯。(中央研究院研之有物


能做些什麼?

  • 人體應用:人們生病時的第一反應是看醫生、吃藥,但是由基因突變所造成的疾病,必須終身吃藥。若單憑藥物,只能控制病情卻無法根治,基因編輯可能是個徹底解決基因缺陷的方法。

    • 眼睛因器官體小,若發生意外相對控管度較高,因此針對治療眼睛的相關遺傳疾病,是目前極具可能性的發展方向。如可能造成視力受損、甚至永久失明的「先天性視網膜裂損症」,目前已由台美合作的團隊突破技術並申請專利,正積極推進相關的臨床實驗及產業化。(科技部
    • 不僅眼疾,理論上,只要由基因突變所造成的疾病,都能機會使用基因編輯治愈,為測試其可能性和局限性,國際上也出現了首批應用的疾病清單:癌症、血液疾病、愛滋病、失明、囊性纖維化、肌肉失養症、亨丁頓舞蹈症、新冠肺炎。Labiotech.eu
  • 民生經濟:基因編輯在治療人類疾病方面擁有巨大潛力,卻也同時面臨風險。若將技術應用在其他物種,或許有機會為許多民生議題找到解方。

    • 農作物因基因序列較短、且有固定的生長週期,相較人體醫療成功率更高。近年來因全球環境變遷極端化,加上世界人口急速增加, 糧食供不應求。中研院分子生物研究所團隊利用基因編輯技術,增強「水稻」抗旱力、提高肥料效率,有效減少水和肥料的使用量,卻能提升產量,以解決可能的糧食危機。(中央研究院
    • 藻類的脂質可用在生物燃料,取代石化柴油。美國公司 Synthetic Genomics 看到此利基,透過去除限制藻類脂質產生的基因,使其能夠生產出兩倍的脂質,做為加工成生物柴油的成分,實現永續理念 。該公司預計於 2025 年,每天可生產 10,000 桶藻類生物燃料。(Science Alert
  • 物種復甦:哈佛研究團隊合成了長毛象的 DNA,並與一般大象的 DNA 做比較,運用基因編輯技術,刪掉差異的部分,換上了長毛象的基因。即便這被改造過的大象並無真正變成長毛象,且體內僅帶有不到 0.0001% 的長毛象DNA,但能確定的是無論多寡,長毛象的 DNA 確實成功被植入於一般大象中,隨著科技愈漸進步,未來復育滅絕物種並非不可能。(衛報


使用的條件?

2018 年 11 月,全球首例由中國研發「免疫愛滋」的基因編輯寶寶出生,這樣編輯胚胎的行為,震驚全球並引起譁然。只要有關基因技術,總不禁被大眾聯想為改造怪物,即使基因編輯有許多善的應用,為何仍有如此大的爭議?

  • 目前的技術只限用於「成體」,本質在於編輯變異的基因,讓「疾病變好」而不是「預防疾病」,因胚胎各方面都還未發育成型,在此階段做基因研究可能產生變數、不穩定,甚至被編輯過的 DNA 可能會代代相傳,未來會有什麼後遺症都不得而知。(美國國家衛生院
  • 目前對基因功能的研究,仍存有許多的未知數。舉例來說,擁有強壯的肌肉,可能決定於多段基因,也可能是後天學習而來。假設我們將一段認為會加速肌肉成長的基因編輯至體內,影響的或許不只有肌肉而已。現階段能確定的是,要應用基因編輯治療,該病因必須是「基因突變」造成,對於是否能「增強正常功能」的基因,仍尚待很強的學理連結與知識。(詳見文末 北榮醫學研究部部主任邱士華訪談)


未來會如何?

基因編輯技術在未來的醫療發展,扮演著創新且重要的角色。除了期盼,還有許多現實困難需要克服。

  • 有關「使用安全性」、「醫療道德倫理」,以及「是否會產生副作用」的疑慮,在國際上有待討論。雖然許多歐美國家已開始進入臨床第一期、第二期初期的實驗階段,不過要真正廣泛使用於人體治療之中,還有很長一段路要走。(詳見文末 北榮醫學研究部部主任邱士華訪談)
  • 台灣目前尚未核准種植任何基因改造、編輯的食品,至今仍然以國外進口為主,非自己種植。政策若未開放,研究方也不敢往前拓展。(詳見文末 基可生醫技術長及共同創辦人蔡世傑訪談)
  • 目前還未有任何資料顯示,基改食品真的有害於人體,且在上市前都必定經過安全性試驗,大眾對於基改作物有濃厚的刻板認知,也是影響政府未開放法規的原因之一。其實透過宣導、傳達正確的觀念,是可以解決的,但大家普遍對於接觸科技資訊的機會較少。(詳見文末 中央研究院分子生物研究所研究員余淑美訪談)

除了治療絕症,基因編輯是否可能做到「客製化嬰兒」?或者編輯衰老的基因,讓人類長生不老?請看《旭時報》與產業、研究專家的深度對談。

什麼是基因編輯?

基因編輯(Genome Editing)運用 CRISPR-Cas9 為工具,在基因組的特定位置增加、剪去或編輯遺傳物質,也就是修改人體 DNA,主要動機是根治基因突變引發的疾病,需要「DNA 模板」、「RNA 引導」、「Cas9 酶」的三方協助。第一步、必須透過生物技術先「合成」出有待換上的新 DNA 序列,而非使用患者本身其他正常的基因片段;第二步、可以把 DNA 模板想像成一台汽車,也就是專門運輸基因的載體,並將新的基因裝在 DNA 模板上;第三、RNA 會如導航引導至需要被編輯的目標位置;最後、再由 Cas9 酶精準的切下 DNA。

只要把正確的基因送進細胞核,就有機會被細胞拿來修補 Cas9 剪下的斷口,完成基因編輯。

深度專訪

question
目前最有可能將「基因編輯」應用在何種病症?使用此療法時,是否有篩選條件?
邱士華

邱士華

臺北榮民總醫院醫學研究部 部主任/陽明交通大學藥理所 講座教授

基因編輯的概念為:「首先透過分子生物技術,合成新的 DNA 序列,並裝置在 DNA 模板上,再由 RNA 將其引導對位後,讓酶 CRISPR-Cas9 切下必須被編輯之處,置換成新合成的 DNA。」簡單來說便是在編輯基因突變的位置,將不好的地方切掉,再換上對的 DNA。

以全世界的研究方向來看,「眼睛的視網膜遺傳性疾病」比較合適、也比較有機會成功應用此技術於臨床治療上,目前在歐美許多國家也已開始進入,臨床第一期、第二期初期的實驗階段,不過要真正廣泛使用於治療之中,還有很長一段路要走。再者,「血液疾病」如:鐮刀型貧血、地中海貧血,甚至到血液細胞基因突變所導致的癌症,都是目前基因編輯技術主要研究與開發新式治療的重點之一,當然還有其他罕見疾病,也是國際上正在努力嘗試突破的方向。

基因治療的條件最重要的是...

蔡世傑

蔡世傑

基可生醫 技術長/共同創辦人

理論上,基因編輯可應用於治療多種遺傳性疾病,目前國外已有數家生技公司如 Editas Medicine 及 IntelliaTherapeutics 等,開發相關的治療策略及方法。而任何的新型治療方法,在起始的臨床驗證上,會選擇較為可控的疾病做為測試的模式,因為眼睛的器官體小,相對影響的範圍也會較小,如果發生意外, 對於風險的控管度較大,目前現有的基因編輯治療臨床測試,也是以此概念選擇適應症的。

question
在發展基因編輯技術時,遇上何種難題?已有解方了嗎?目前研究上市了嗎?
邱士華

邱士華

臺北榮民總醫院醫學研究部 部主任/陽明交通大學藥理所 講座教授

研發基因編輯的研究員 Jennifer Doudna 及 Emmanuelle Charpentier 在 2020 年獲得諾貝爾獎的殊榮,也可驗證說此技術對未來的醫療發展,代表著創新治療與眾所期盼的閃亮新希望,不過其中也有很多爭議的聲音出現,特別是有關使用的安全性以及是否會產生副作用的疑慮,在國際上仍然是未知數。

在落實時會碰到主要兩大問題,第一「效率」,如前者所述基因編輯必須依靠三方的相互協助:「DNA 模板」、「RNA 引導」、「Cas9」,其實基因治療的概念早在90年代就已起步,現今的基因編輯如同基因治療的更新版,即是 2.0 的概念,要把正確的東西帶到對的地方,其中載體的技術就是很大的考驗,舉例來說:我們生活中可以選擇的交通方式有很多,走路、機車、計程車、捷運等等,若要講求快速且乘載量大時,捷運會是最好的方式,那麼以基因治療的載體來說,技術依舊停留在計程車一般的階段,當遇到紅燈、交通事故時,會受到體內的各種因素而影響速度及順暢度等等,且並不是只要附載一段 DNA 即可,要能夠同時承受 DNA 模板、RNA 引導、Cas 9三者,這是一個非常大的門檻,若載乘量不夠,會牽涉到效能,最後便影響成功率。

第二則是...

余淑美

余淑美

中央研究院分子生物研究所研究員

以我們的水稻研發為例,目前尚未真正應用在市場上,一項研究在理論證實沒問題後,還必須經過改良與優化,從實驗室、溫室、到田裡,都是需要時間的。

台灣對於基因改良作物的相關法規還不夠完善,這也是我們遇到最大的困難。目前的政策禁止種植基改作物,且對基因編輯過的作物接受度未確定,在台灣市場上見到的基改食品仍以進口為主。自1996 年至今,全球許多國家包括台灣,食用了近 26 年的基改黃豆製品,並未證實任一危害健康的案例,但是社會大眾對基改食品仍有不瞭解而害怕的刻板印象,其實這可以透過宣導,並傳達正確的科學觀念就可以解決,只是大家普遍對於接觸科技資訊的機會較少。

在國際上已有超過 25 個國家開始進行基因編輯作物的田間試驗,作物有小麥、馬鈴薯、番茄、玉米、大豆、水稻、木瓜等等,改良性狀包括抗病蟲害、增加營養成分、抗逆境、提高肥料吸收效率、提升產量,以及園藝上外觀的改變等。其實基因改良的作物,在許多國家已很常見,而美國、日本等也都已有基因編輯作物產品上市,

蔡世傑

蔡世傑

基可生醫 技術長/共同創辦人

以台灣的環境來說,發展基因編輯技術的商業與醫療應用,比較大的考量是在「法規」,而非技術。在美國、加拿大、日本、澳洲等國家,已有明確立法規範基因編輯技術的應用,因此,這些國家的基因編緝應用公司的數目與產業生態鏈,也相對發達。除了醫學上的應用,在美國、日本,基因編輯過的農漁畜作物可上市販售,如:蘑菇、馬鈴薯、鯛魚、河豚等。目前已知透過基因編輯技術,進行品種改良的農漁作物,數量已超過上千種。

在台灣針對基因編輯技術的法規尚未明確規範的狀態下,基可生醫選擇的策略是,在遵循現有的法規的前提之下,將基因編輯技術應用於植物生物合成平台的優化,並以此生物平台,生產出我們需要的重組蛋白質。這些重組蛋白未來可做其他的科學應用,如:科研產品,皮膚填充、醫學材料等等。希望能在現有的法規條件下,為基因編輯技術在台灣的產業化,走出一條不一樣的路。

question
中國的基因編輯寶寶案例為何引發如此大的爭議?若編輯過程不是在胚胎時就進行預防性的改變,而是當突變基因確定發生後再進行修正,是否變異的風險就會下降?
邱士華

邱士華

臺北榮民總醫院醫學研究部 部主任/陽明交通大學藥理所 講座教授

首先,對於人類胚胎直接進行研究是一件非常危險的事,以務實面來說,人體胚胎其實很脆弱,因胚胎在各方面都還未發育成型,因此走向的變數很大、相當不穩定,甚至被編輯過的基因是有可能被遺傳的,未來會有什麼後遺症都皆是無法預測的,在醫學上只要是應用在幼童身上臨床試驗,都必須非常謹慎與嚴密驗證過後,才會真正實行,如:國際在看待小朋友與成人是否注射疫苗疫的角度也會不同,因此將基因編輯運用在連個體都還未發展出來的受精卵、胚胎上,對於倫理認知是很大的挑戰。再者...

question
除了治療絕症,基因編輯是否可能做到「客製化嬰兒」,有目的性地挑選出期望的基因?比方說父或母一方的良好運動能力、學習基因等。
邱士華

邱士華

臺北榮民總醫院醫學研究部 部主任/陽明交通大學藥理所 講座教授

其實反過來想,若技術真的能夠到達那邊時,是否反而會造成更多的社會議題?根據人類的道德觀、醫療倫理,自然的法則是必須被重視與尊重的,以過去桃莉羊的經歷來看,研發背後經過了 200 多次的嘗試才成功 1 個的案例,相對的若用於人體胚胎的技術,在無法預期後果的前提下,等到發生錯誤所導致後遺症發生了才來補救,都已經太晚了,因此是經不起失敗的,倘若真的出了問題:該是科學家承擔?父母?或者社會?牽扯的層面實在非常廣泛,這樣的爭議性太高了,因此,不論是科學家、醫學專家、與社會大眾等都不會支持。

目前的研究其實對於基因的功能...

question
是否有可能改變基因始細胞免於衰老?或是直接剪去衰老的部分,修補上新的細胞基因?或許未來衰老時間是人類可決定的?
邱士華

邱士華

臺北榮民總醫院醫學研究部 部主任/陽明交通大學藥理所 講座教授

同一個人在 50 歲與 80 歲的 DNA,其實是沒有差別的,現在的醫學研究還未能清楚了解人體是基於什麼原因而導致老化。我們能知道的是不論年紀的變更,主要 DNA 的序列還是存在、而且 DNA 的序列極有可皆相同,基因編輯衷旨用於「修補壞掉的 DNA」,對於是否能「增強基因功能」,至今仍尚未有很強的學理連結與研究結果支持。

question
基因編輯除了應用於人體,在農作物、禽畜上,是否有可能帶來其他的經濟價值?台灣對基因研究相關的農作物需求度高嗎?
邱士華

邱士華

臺北榮民總醫院醫學研究部 部主任/陽明交通大學藥理所 講座教授

基因編輯是基因治療以及基因修証的更新版,可以更精準的將基因送到需要被修改的特定位置,然而在人體或禽畜動物體的 DNA 序列很長、也很複雜,因此在基因編輯上的安全性、以及穩定性都仍有待商確。 反觀植物體的基因序列皆較短、也較穩定,且農作物通常有固定且較短的生長週期,因此在科學上的驗證相對掌控性較高。同時,基改食物的技術早已行之有年,也累積了許多實務上的經驗與成熟的技術。因此,若可以確定需要被改造植物體內的特定基因序列為何,透過基因編輯技術的精準性,相信在農作物上將會有很好的運用發展是可以被期待的。

余淑美

余淑美

中央研究院分子生物研究所研究員

當然是高的,隨著資訊的發達及現世代人越來越注重健康,每個人在買菜的同時多少都會擔心農藥的問題,我們也可以看到近年有機農作物越來越受歡迎,即使比較貴,但為了食品的安全消費者還是會買單。但實際上透過基改或者基因編緝,可以直接達到讓作物本身帶有「抗蟲」的基因,相對農藥的需求也會降低,且台灣在農藥的使用量是亞洲數一數二的,此些基因技術是可以幫忙解決的。

再者,前幾年台灣面臨缺水的問題,稻田被迫休耕兩季,使用基因技術能夠育出「少用水」的作物。基改及基因編輯可以運用的層面相當廣泛,也是提升台灣糧食自給率的一種方式,或許更能成為解決某些社會議題的解藥。

question
目前來看「基因編輯」後的作物及禽畜安全嗎?
余淑美

余淑美

中央研究院分子生物研究所研究員

其實人類利用自然界基因突變及篩選品種來改良農作物,已經有 5000 年的歷史,至今人類豐衣足食、能夠吃的糧食幾乎都是依靠這種方式「育種」而來。在生態法則中,所有生物基因體的複製過程,發生「自然突變」是常見的現象,因此新的品種也會自然而然的出現,這樣的基因突變食物早在人類社會中,已被食用了幾千年的歷史,現代基因改良技術,從基因轉殖、基因改造,到基因編輯等技術,也都不斷的革新只是用人工的方式改變基因,使植物加速出現新的性狀。傳統及現代育種技術,都是改變基因的核酸及蛋白質的序列,而這些成分是生物性的,與所有食物一樣能夠完全被腸胃消化掉,且上市前的生物安全評估是必經的階段,因此,消費者真的不必擔心影響健康的問題。

此次與談人

邱士華

邱士華

臺北榮民總醫院醫學研究部 部主任/陽明交通大學藥理所 講座教授

蔡世傑

蔡世傑

基可生醫 技術長/共同創辦人

余淑美

余淑美

中央研究院分子生物研究所研究員

延伸閱讀

基因編輯的 10 個特別應用

基因編輯是近年炙手可熱的話題,除了應用於人體醫療,還有什麼可能?

Labiotech.eu

邱士華教授團隊基因編輯技術大突破,先天性視網膜裂損症治療有望

先天性視網膜裂損症(X-linked juvenile retinoschisis, XLRS)是一種嚴重的視網膜退化遺傳疾病。本校藥理所邱士華教授成功以奈米鑽石作為載體,遞送基因剪輯組件修正突變基因,開啟此疾病基因治療的希望。

國立陽明大學

打造超完美稻米,餵飽全世界!余淑美與國際 C4 水稻計畫

「國際 C4 水稻計畫」長達十年之久,致力於打造抗逆境、高產量的超完美水稻品種,解決越來越急迫的全球糧荒,也讓臺灣的水稻基因研究在國際占有一席之地。

中研院

時間標記

EPEPISODE # 旭沙龍-張育寧時間

EP #