基因編輯技術現在能永遠地改變整個物種

CRISPR 基因驅動技術可以讓科學家改變 DNA 序列，並保證所得到的編輯遺傳特徵可以被未來的後代所遺傳，這項技術開闢了永遠改變整個物種可能性的大門。比起其它更重要的是，該技術引發了新的問題：這項新技術將如何影響人類？我們將用它來改變甚麼呢？我們現在是上帝了嗎？讓我們一起與記者珍妮佛．可汗（Jennifer Kahn）思考這些問題，並聽她分享基因驅動裝置潛在的強大應用方式：根除瘧疾和寨卡病毒的抗病蚊子的發展。

這次的演講是有關於
「基因驅動技術」，

但我要從一個小故事開始說起。

20年前，有一位叫安東尼．詹姆斯
的生物學家，

他迷上了一個

製造出不會傳染
瘧疾的蚊子的想法，

想法很棒，但幾乎差點失敗。

首先，要做出抗瘧疾的蚊子，

真的相當困難。

但詹姆士在幾年前，
終於做到了，

他是藉由增加基因的方式，

讓瘧疾的寄生蟲無法在
蚊子身上生存。

但這會衍生出另外一個問題。

現在，你有一隻抗瘧疾的蚊子，

但你要如何讓牠取代掉所有
有攜帶瘧疾病原的蚊子？

有幾個選項可以選，

A 計畫基本上就是，

培育出一大堆新的
基因改造過的蚊子，

然後放生牠們，

並祈禱牠們的基因
可以被遺傳下去。

但問題是，你得釋放出

將近十倍當地蚊子的數量，
才會有效果。

所以，一個有 1 萬隻蚊子的村落，

你得釋放出 10 萬隻才能搞定。

你應該猜的到，

對居民來說，這不是一個
很受歡迎的策略。

（笑聲）

之後，去年一月，
詹姆士收到一封

來自一位叫做伊桑．畢爾
生物學家的 E-mail。

畢爾說，他和他的一位名叫
范倫鐵諾．岡茲的研究生

意外發現了一個工具，
它不僅可以保證

特定的基因特徵
可以被遺傳到下一代，

還可以讓它快速地繁殖擴散。

如果他們是對的，
基本上就可以解決掉

他和詹姆上這 20 年來
一直想要解決的問題。

在實測中，他們做出了兩隻
帶有抗瘧疾基因的蚊子，

以及這項新工具，
「基因驅動技術」，

我晚點會在做解釋。

最後，他們設置出了一種機制，

他們讓帶有抗瘧疾
基因的蚊子

不再有正常的白色眼睛，
取而代之的是紅色的眼睛。

這是一個相當方便的辨認方式，

因為他們只要看一眼，
就能分辨出蚊子的種類。

所以，他們把兩隻
抗瘧疾、紅眼的蚊子，

放進一個裝有30隻
正常白眼蚊子的箱子中，

然後讓牠們繁殖。

在經過兩個世代後，這些蚊子
繁殖出 3800 隻的後代。

這一段不最驚人的部分。

接下來這一段才是：

假定，你從只有兩隻紅眼蚊子

加上30隻白眼蚊子開始繁殖，

你會以為牠們的後代
應該都是白眼的，

但在詹姆士打開箱子後，
他發現，

全部的 3800 隻蚊子都是紅眼的。

當我問伊桑．畢爾這件事時，

他在電話那頭簡直興奮地不得了。

那是因為，你如果
只剩下紅眼蚊子

那就是違反了
生物學的基礎法則，

孟德爾的遺傳定律。

我簡單說明一下，

孟德爾的遺傳定律說明，
當一公一母交配時，

他們的後代會遺傳到
來自上一代各半的 DNA。

所以如果原生種蚊子是 aa，
新的蚊子是 aB，

B 代表抗瘧疾的基因，

那他們的後代，
會有四種排列組合：

aa, aB, aa, Ba。

但，如果你使用了
新的基因驅動技術，

他們會全部變成aB。

在生物學上，根本
不會有這種情況發生。

但發生了甚麼事？

第一件發生的事情就是

2012 年基因編輯技術
CRISPER 的誕生。

你們當中很多人可能都
聽過 CRISPER 這項技術了 ，

所以我簡單說明一下，
CRISPER 是一種工具，

它可以讓研究人員以非常精準、
簡單、快速的方式來編輯 DNA 。

它是藉由控制一個現存在
細菌裡面的一個機制。

基本上，會有一個像
剪刀一樣功能的蛋白質，

它會切斷 DNA，

然後會有一個
RNA 分子導引剪刀

往你希望它剪掉的地方去。

它所形成的結果，基本上
就是一個基因造字的過程。

你可以抽出整段基因，
然後換另一段進去，

甚至僅是編輯
基因裡的其中一個字母。

而且你可以在任何
物種上做這件事。

好的，還記得我剛提的，
基因驅動技術原本的兩個問題嗎？

第一個就是，要做出一隻

有抗瘧疾的蚊子是相當困難的。

而現在有了 CRISPR ，
這一難題迎刃而解。

但另一個是後續支援的問題。

你要如何把你的
生物特性散播出去？

這裡有一個聰明的方法。

幾年前，哈佛大學的一位生物學家，
凱文．伊斯維特

他想如果 CRISPER
不僅只有插入新基因的功能，

如果也含有剪下，貼上

的功能，那會怎樣？

換句話說，要是 CRISPER
本身也有複製及貼上的功能。

那你就會得到一個
永續性的基因編輯機制。

而事情就真的發生了。

伊斯維特創造的
CRISPER 基因驅動技術，

不僅可以保證基因特徵可以被遺傳，

也可以保證能用在生殖細胞上，

它會自動地複製、
貼上你的新基因

到每個個體的染色體上。

它就像是全球檢索
並取代的功能。

或者以科學的術語來說，它造成了
一個「雜合子特徵純合化」現象

所以，這意味著什麼？

首先，意味著，
我們有了一個非常強大

但也有點令人害怕的新工具。

到目前為止，基因驅動技術
運作地還不是很順暢的事實

的確還算有點令人欣慰。

按理說，當我們搞亂掉
一個生物的基因，

我們只要降低這個東西的
進化適應力即可。

所以，生物學家們
可以無後顧之憂地

製造出任何他們想要的
果蠅突變體。

如果有一些逃走了，大自然選擇
（物競天擇）就可以處理這件事。

但基因驅動技術最顯著有力、
令人害怕的地方就是

這樣的狀況
可能將永遠不存在。

假設你的遺傳特徵如果沒有一個
很大的演化肢障產生，

好比蚊子沒有辦法飛，

以 CRISPER 為基礎的基因驅動，
將把這個改變給持續散播出去，

直到它深入到族群中
的每個個體身上。

現在，要讓基因驅動技術
量好運行，並非易事，

但詹姆士及伊斯維特
認為我們做的到。

好消息是，這項技術為一些
不可思議的事情打開了一扇門。

你只要在 1% 的

攜帶瘧疾的蚊子身上使用

抗瘧疾基因驅動技術，

研究人員預估，一年內這一基因
就可以散播到整個種群中。

所以，只要一年的時間，
你就可以完全消滅掉瘧疾。

實際上，
我們仍需好幾年才能做到，

但每天仍然有 1000 名
兒童死於瘧疾。

只要一年的時間，就幾乎
可以把數字降到零。

同樣的，它還可以運用在登革熱、
基孔肯雅熱，黃熱病上。

更好的是，

假設你想根除掉一個
外來入侵的物種，

像是把亞洲鯉魚趕出五大湖。

你所要做的就是，釋放一種

只能繁衍出雄性後代
的基因驅動，

幾代之後，没有了雌性鯉魚，
該物種就隨之消失了。

理論上，這意味著，
我們可以透過這種方式，

復育上百種瀕臨絕種的生物。

好的，這是好消息的部分，

接下來，是壞消息的部分。

基因驅動技術因為很有效率，

以至於不經意釋放的樣本，
通常都可能在短時間內

引起整個種群的巨大改變。

詹姆士做了很好的預防措施。

他都是在生物控制實驗室裡
培養他的蚊子，

而且他用的都是
非美國本土的物種，

所以，即使有一些跑走了，

也會因為沒有辦法交配而死。

但另一個事實就是，如果有一些帶有
全雄性基因驅動的亞洲鯉魚，

不小心從五大湖被帶回到亞洲，

牠們也很有可能會毀滅掉
整個當地的亞洲鯉魚物種。

現在世界聯繫的緊密程度
這是很有可能會發生的。

事實上，這也是為什麼我們
有外來物種入侵的問題。

這是魚類的情況。

對蚊子和果蠅這一類
會飛的物種而言，

基本上是沒有辦法限制牠們的。

牠們可以隨時
穿越國界或飄揚過海。

好的，還有另外一個壞消息，

就是，基因驅動的表現
不一定只被限制在

我們所謂的標靶物種上。

那是因為有基因轉移（流動）

基因轉移就是，
相鄰的物種之間

偶爾彼此會有雜交的情形。

如果發生了雜交，基因驅動
就很有可能會穿過物種的限制，

比如亞洲鯉魚可能會
影響其它種類的鯉魚。

如果你的驅動只是改變眼睛的顏色，
可能還不會那麼糟糕。

事實上，不久的未來很有可能

有非常大量奇怪的
果蠅被培養出來。

但如果你的驅動裝置是惡意地

被用來消滅一個物種的話，
這也有可能會導致災難。

最後一件令人擔心的事，就是，

對有機體做基因工程包括基因驅動，
這一技術，

基本上世界上
任何一個實驗室都能做。

一個大學本科生就可以做。

一個天資聰穎的高中生，
給他一些儀器，他也會做。

我猜，你們一定覺得，
這聽起相當恐怖。

（笑聲）

有趣的是，因乎每一個
和我討論的科學家都認為，

基因驅動技術沒有想像中
那麼的恐怖或危險，

有部分原因是，
他們相信科學家們

會非常小心並
負責任地使用這些工具。

（笑聲）

目前為止，也確實是如此。

不過基因驅動技術
也有一些實質上的限制。

首先，它只能應用於
有性生殖的物種。

所以感謝上帝，它們不能
用在細菌和病毒的培育上。

其次，遺傳特徵只有在
成功的後代繁衍下才能傳播。

所以只有在繁殖周期很短的物種中

改變或者滅絕該物種才有可能發生。

比如昆蟲或者類似於鼠類
或者魚類的小型脊椎動物。

大象或者人類可能需要幾百年，

才能把遺傳特徵散播地夠廣。

而且，就算有 CRISPR ，
也無法輕易做出真正毀滅性的遺傳特徵。

比如說，你想製造一種

以普通水果而不是以
腐爛水果為食的果蠅，

藉此來摧毀美國的農業。

首先，你得搞清楚，

哪些基因控制了
果蠅的食慾，

這已經算是很長
很複雜的專案了。

接下來你要根據你的想法，
透過更換基因

來改變果蠅的習性，

這將是更長更複雜的專案。

甚至會以失敗告終，

因為基因對於行為的
控制是非常複雜的。

所以，如果你是一個恐怖分子，

你會選擇一個需要
耗時多年、細心做實驗

甚至可能會失敗的研究計畫，

還是直接放炸彈？

你大概會選擇後者。

這真的是實話，因為至少在理論上，

要製造一個叫做「逆轉驅動」
的東西也相當容易。

它基本上就可以覆蓋掉
第一個基因驅動所造成的改變。

所以，如果你不喜歡改變後的結果，

你只要再釋放第二個驅動
就可以把它消滅掉了，

至少理論上是這樣的。

好的，這告訴了我們甚麼？

我們現在已經有能力，
能隨意改變整個物種。

我們應該這樣做嗎？

我們現在是上帝了嗎？

我不太確定
我能否這樣說。

但我想說的是：

首先，有很多頂尖聰明的人，

現在已經開始討論如何監管
基因驅動技術。

同時，另一批頂尖聰明的人，

也已經開始努力地制定
安全保護措施，

比如，讓基因自我規範
或幾代之後逐漸消失。

太棒了。

但這項技術仍需要展開一次對話。

而且鑒於基因驅動技術的本質，

對話必須是全球性的。

要是肯亞想使用一個驅動，
但坦薩尼亞不要呢？

誰可以決定是否要釋放一個
會飛的基因驅動呢？

我目前仍沒有答案。

接下來我們能做的，
我認為，

就是針對這項技術的利弊，
大家坦誠對話，

並對我們的選擇負責。

但我的意思是，不僅要對
選擇使用基因驅動負責，

也要對不使用它的後果負責。

人類傾向於認為，

維持現狀就是最安全的選項。

但事實往往不一定如此。

基因驅動確實有風險，
也需要被討論，

但現存的瘧疾，
每天在持續奪走 1000 條人命。

為了對抗它，我們噴灑的農藥
也會對其它物種造成嚴重的傷害，

包括兩棲類及鳥類。

所以，當各位幾個月後
聽到基因驅動，

相信我，你將會聽到這些事，

請記住，

採取行動或許令人恐懼，

但有時候，無動於衷會更糟糕。

（掌聲）