盖茨:让基因编辑技术造福世界,拯救生命摆脱贫困
2018-04-16 11:58:56
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来源: 澎湃新闻(上海)

(原标题:比尔?盖茨:让基因编辑技术造福世界)

比尔?盖茨/美国微软公司联合创始人、盖茨基金会联合主席

【编者按】

本文作者比尔?盖茨是美国微软公司联合创始人,现任比尔及梅琳达?盖茨基金会(Bill & Melinda Gates Foundation)联合主席。

盖茨基金会成立于2000年,由比尔?盖茨与其夫人梅琳达?盖茨共同创办,拥有380亿美元资产,据称是美国最大的私人基金会。在全球范围内,其主要目标是增进健康,减少极端贫困,在美国则致力于拓展教育机会和信息技术利用渠道。

文中CRISPR是clustered regularly interspaced short palindromic repeats的首字母缩写,意为“成簇的、规律间隔的、短回文重复序列”。CRISPR技术是一种基因编辑技术,其潜在应用包括纠正基因缺陷、治疗和预防疾病以及改良农作物,但也存在伦理上的风险。

原文于2018年4月10日发表于美国《外交事务》网站,原题“Gene Editing for Good”。刊出此译文不代表我们认同文中立场。

在全球卫生领域,基因编辑技术近期最有前途的用途之一是消除疟疾。图为2013年3月26日,非洲西部国家加纳的Awutu Senya区,比尔?盖茨到访当地的一家健康中心,并亲自为一名幼童注射抗腹泻的轮状病毒疫苗。

今天,越来越多人过着前所未有的健康而高效的生活。好消息听起来或许不可思议,但我们有充足的证据。自20世纪90年代初以来,全球儿童死亡率下降了一半。结核病、疟疾和艾滋病的发生率大幅度减少。脊髓灰质炎的发病率下降了99%,这是人类继消灭天花之后的又一大壮举。据世界银行每天生活费低于1.90美元的标准,全球极端贫困人口的比例已从35%下降到11%左右。

但持续的进步并不必然发生,不必要的苦难和不平等依旧存在。到今年年底,将有500万5岁以下儿童夭折,这主要发生在贫穷国家,而且他们的死因大多可以预防。另有上亿儿童将继续承受原本可以避免的疾病和营养不良之苦,这可能带来认知和身体方面的终身残疾。据世界银行估计,超过7.5亿人——主要是撒哈拉以南非洲和南亚的农村家庭——依旧生活在极端贫困当中,其中,尤其是妇女和儿童被剥夺了经济上的机会。

一些持续存在的苦难可以通过继续资助已在运转的国际发展援助方案和多边伙伴关系来加以缓解。这些手段有助于维持进步,尤其是在人类学会更好地利用数据来指导资源分配的情况下。但归根结底,消除那些最为顽固的疾病和贫穷的肇因,需要科学发现和技术创新。

其中包括CRISPR和其他用于进行定向基因编辑的技术。未来十年中,基因编辑可能帮助人类克服全球卫生和发展当中一些最重大和最持久的挑战。这项技术令科学家们更容易发现更好的诊断、治疗和其他工具,以对抗每年依然致死和致残数百万人——主要是穷人——的疾病。此外,基因编辑技术正在加速推进消除极端贫困的研究,令发展中世界的数百万农民得以种植和饲养更高产、更有营养、更耐寒的农作物和牲畜。新技术往往遭遇质疑。但假如当今世界要继续维持过去几十年那种不可思议的发展速度,鼓励科学家们在遵循安全和道德准则的前提下继续利用CRISPR等前景光明的工具就是至关重要的。

养活世界人口

今年早些时候,我去苏格兰旅行,在那里接触到一些来自爱丁堡大学热带家畜遗传与健康中心(CTLGH)的优秀科学家。我了解到,先进的基因组研究帮助非洲农民培育出了更高产的鸡和奶牛。科学家们解释说,能够在炎热的热带环境中养活的奶牛品种,其牛奶产量往往远低于霍尔斯坦种乳牛(Holsteins)。这种乳牛几乎无法在炎热地带养活,但在温和气候中非常高产,部分原因是,经过数代人工选育后发生了基因突变。苏格兰的科学家正在与埃塞俄比亚、肯尼亚、尼日利亚、坦桑尼亚和美国的同行进行合作,研究如何对热带奶牛进行基因编辑,使其获得霍尔斯坦种乳牛的高产基因。如果成功,这可能将热带奶牛的牛奶和蛋白质产量提高最多50%。同时,科学家们也在考虑编辑霍尔斯坦种乳牛的基因,以培育一个亚种,这个亚种将拥有短而光滑的毛发,令这种牲畜耐得住高温。

这种研究是至关重要的,因为对这个世界上最贫穷的人口来说,一头牛或几只鸡、山羊或绵羊能对他们的生活产生重大影响。他们中的四分之三依靠耕种小块土地,获得食物和收入。蓄养牲畜的农民可以出售鸡蛋或牛奶来支付日常开支。值得注意的是,鸡往往由女性负责蓄养;相比于男性,女性更可能利用这笔收入购买家庭日用品。因此,蓄养家畜帮助农民家庭获得了他们所需的营养,使孩子们能够健康成长,并在学业上获得成功。

同样,提高作物产量对消除极端贫困至关重要。在撒哈拉以南的非洲地区,六成人口通过耕种土地谋生。但鉴于该地区农业产量普遍较低——其基本谷物产量是北美地区的六分之一,非洲仍然是食品净进口国。供需之间的缺口只会随着人口的增长而增加。预计到2050年,非洲人口将增加一倍以上,达到25亿人,其食品产量需要与这一增长相匹配才能满足这片大陆上每个人的需求。随着气候变化威胁到非洲和南亚小农的生计,挑战将变得越来越棘手。

通过基因编辑使作物更高产、更有抗性,很大程度上可能解决这一难题。事实上,该技术已初见成效,吸引了大量公共和私人投资。科学家们正在开发易于生长的作物,减少其对肥料和杀虫剂的需求,提高其营养价值,并增强其抗旱耐热能力。已经有许多通过基因编辑得到改进的作物正在被开发和测试,包括货架寿命更长的蘑菇、丙烯酰胺(潜在致癌物)含量低的马铃薯,和产出更健康的油的大豆。

十年来,比尔及梅琳达?盖茨基金会(Bill & Melinda Gates Foundation)一直支持在农业中运用基因编辑的研究。在我们资助的第一批项目中,牛津大学的科学家们正在开发改良的水稻品种,其中一种叫做C4水稻。牛津大学的科学家们运用基因编辑和其他工具重整了水稻叶片中的细胞结构,使C4水稻的光合作用(植物将阳光转化为食物的过程)效率提高了20%。C4水稻不仅产量较高,而且需要较少的水。这对粮食安全、农民的生计和环境都有好处,也有助于自耕农适应气候变化。

这种动物甚至植物的基因组改变并不新鲜。几千年来,人们通过选择性育种一直在这么做。科学家们从20世纪70年代初开始重组DNA分子,今天基因工程广泛应用于农业和医学领域;在医学领域,人们运用基因工程大量制造人胰岛素、激素、疫苗和许多药物。基因编辑的不同之处在于它不会产生转基因植物或动物,这意味着基因编辑技术不涉及组合来自不同物种的DNA。使用CRISPR技术,酶被用于靶向和删除一段DNA,或者以其他方式改变这段DNA,从而产生有利或有用的特征。最重要的是,CRISPR让创新的发现和开发变得更快捷、更精准。

消除疟疾

在全球卫生领域,基因编辑技术近期最有前途的用途之一是消除疟疾。尽管经过杀虫剂处理的蚊帐和更有效的药物近几十年来大幅度减少了疟疾造成的死亡,但疟疾仍然猖狂。每年有记录的疟疾病例约有2亿例,大约造成45万人死亡,其中70%是5岁以下的儿童。幸存的儿童也会持久遭受精神和身体的伤害。在成年人中,由疟疾引起的高热、发冷和贫血可能使人无法工作,并使家庭陷入因病致贫、因贫返病的恶性循环。除此之外,疟疾的经济成本也是惊人的。90%的疟疾病例发生在撒哈拉以南非洲地区,该地区疟疾相关支出约占总GDP的1.3%。对那些努力摆脱贫困的国家来说,这笔开支是一个巨大的拖累。

在资金充足且采用现有智能干预的情况下,疟疾在很大程度上——但并非完全——可以预防和治疗。目前的预防手段,如喷洒杀虫剂,只有暂时的效果。目前治疗疟疾的标准药物是青蒿素,这是一种从中草药中分离出来的化合物,可以缓解疟疾的症状,但疟疾的一类寄生虫可能继续蛰居在人体内,并仍可以通过蚊子感染其他人。更糟糕的是,疟疾寄生虫已经开始对青蒿素产生抗药性,蚊子也开始对杀虫剂形成抗药性。

防治疟疾必须继续利用现有的手段,但根除疟疾还需要多个领域的科学技术进步。例如,复杂的地理空间监视系统与计算建模和仿真相结合,从而因地制“疟”。基因编辑也能发挥重要作用。全世界有3500多种已知的蚊子,但其中只有少数蚊子会在人与人之间传播疟疾寄生虫。鉴于只有雌性蚊子可以传播疟疾,研究人员开始使用CRISPR技术,成功地改造了蚊子,使雌性蚊子变得不育或偏向生育雄性后代,并且该性状可以遗传给后代。科学家们还在探索使用CRISPR技术,从其他方面抑制蚊子传播疟疾的能力。例如,引入能够消灭寄生虫的基因,在寄生虫通过蚊子的肠道进入其唾液腺时,将其杀死。同样地,CRISPR技术还有望应对蚊子传播的其他疾病,如登革热和寨卡病毒(Zika)。

然而,要数年后,任何经过基因编辑改造的蚊子才能被释放到野外进行田间试验。尽管必须首先解答有关安全性和有效性的许多问题,但我们有理由乐观,改造传播疟疾的蚊子的基因并不会对环境造成太大的损害。这是因为我们只会针对少数倾向于传播疾病的物种进行基因编辑。尽管自然选择最终形成的蚊子可以抵抗任何人工引进的基因突变,但CRISPR的部分价值在于它可以加速新方法的开发,这意味着科学家可以占得先机。

未来展望

如其他力量强大的潜在新兴技术一样,基因编辑引发了关于安全和伦理方面的担忧。那么,该如何监管该技术的使用呢?几十年前为其他形式的基因工程制定的规则不一定适合现在。美国农业部注意到经过基因编辑的生物体不是转基因的,因而得出这样的结论:经过基因编辑的植物就像自然发生基因突变的植物,因此不受特殊法规的约束,并且无须予以特别的安全关切。这一结论是合理的。

动物甚至人类的基因编辑提出了更复杂的安全和伦理问题。2014年,世界卫生组织发布了检测转基因蚊子的指导方针,包括有效性、生物安全性、生物伦理学和公众参与方面的标准。 2016年,基于世界卫生组织的指导原则,国家科学院(NAS)就利用动物进行基因驱动研究时的负责任行为给出了一些建议。(盖茨基金会与国立卫生研究院[NIH]、国立卫生研究院基金会和国防高级研究计划局[DARPA]共同资助这项工作)。这些建议强调,科学家们在转向田野试验之前,必须先在实验室进行彻底研究,包括进行定期评估。这些建议还敦促科学家们审慎评估任何生态风险,并积极鼓励公众参与,特别是在直接受研究影响的国家和地区。无论在哪里进行基因编辑研究,无论可能在哪里实施基因编辑,所有关键利益相关方——科学家们、民间团体、政府领导和当地公众——都应该参与进来。

监管基因编辑技术的部分挑战在于,不同国家的规则和实践可能差异很大。一个更加协调一致的政策环境终究更有效率,并且可能提高总体标准。国际组织,特别是科学家联盟,可以帮助建立全球规范。同时,无论研究发生在何处,基因编辑研究的资助者必须确保该研究符合世界卫生组织和国家科学院提出的标准。

就涉及疟疾的基因编辑研究,盖茨基金会已与其他机构一道,帮助受疾病影响地区的大学和其他机构进行风险评估,并就实验和今后的田野测试为地方机构提供咨询。这样做的目的是令受影响的国家和社区能在研究中起带头作用,评估技术采用的成本和收益,并就是否以及何时应用最终的技术做出明智的决定。

最后,在探索使用CRISPR等新工具以促进全球卫生和发展方面无法取得成功将付出代价和风险,认识到这一点至关重要。新兴技术的好处应该由全人类共享,而不能局限于发达国家。同样,是否应该利用它们,也应该是各个国家的共同决定。谨慎使用的情况下,基因编辑可以挽救数百万人的生命,使数百万人能够摆脱贫困。弃之不用将是一场悲剧。

(本文原刊于美国《外交事务》网站,2018年4月10日发布,原题:“Gene Editing for Good”。由上海交通大学生物生物医学工程学院博士生张洁翻译。)

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