随着CRISPR/Cas基因编辑技术的普及,尤其是其在人类生殖细胞操控方面的应用,2015年CRISPR成为了家喻户晓的术语。尽管CRISPR/Cas系统并非全新事物,但2015年无疑迎来了它的热潮。然而,这项技术的使用仍主要局限于学术和商业环境。
最近,从芝加哥大学获得生物物理学博士学位的美国人Josiah Zayner,正在他狭小的公寓厨房餐桌上进行一项改造生物学的壮举。他在小瓶子里切割、粘贴和搅拌基因,如同调制简易鸡尾酒般简单。随后,他将新混合产物在培养皿中培育,并放置在蔬菜旁的冰箱搁架上。他正在包装并准备出售自己的DIY基因编辑技术(售价120美元),以便每个人都能使用。Zayner的愿望是使科学大众化。
这一前景引发了一些学者的担忧,他们担心未经许可的业余生物学家可能会释放出新的病原体。但另一些人则对此感到兴奋,他们想象着有一天任何人都能重新设计生命世界,以产生廉价的药物或清洁燃料。
将一种生物的基因去除并转移到另一种生物中,曾被视为神圣的力量,随后成为大预算实验室的领域。三年前,加州大学伯克利分校发明了所谓的CRISPR基因编辑工具——Zayner正是模仿了这种工具,它提供了一种廉价、快速、精确且强大的基因序列编辑方式。但它的使用仍局限于学术和商业环境。
Zayner首次向公众出售这种工具的简化版本,目前这更像是一个冒险项目而非成熟产品。该工具包的适用范围有限:他改变的细菌和酵母相当无害,过着短暂而枯燥的生活。它们能做的事情不多,只是改变颜色、香味或生活在荒凉的地方,然后死去。
但这加剧了一些专家的担忧——当危险的基因编辑远离政府监管时,可能对环境和人类健康构成风险。面对基因编辑工具使用范围的扩大,上个月,三名斯坦福大学学者敦促联邦监管机构为危险的生物研究制定更好的规则,以减少实验室逃逸或故意释放可能存在的生物工程“超级微生物”。
Zayner表示他的意图是好的。本月,这名从芝加哥大学毕业的分子生物物理学家将结束在美国宇航局Ames合成生物学项目为期两年的职位,成为“自己动手”生物学运动的专职成员。他相信,许多平民科学家即使在有限的预算下,也能帮助解决重大的社会问题。他说:“有这么多杰出和有能力的人,我想展示给他们看如何能做这些事情。他们可能会改变我们世界的面貌。”
Zayner有着一头染发、耳洞和身着“忍者”T恤,他从个人电脑初期得到灵感,当时Homebrew Computer Club和其他爱好者分享了传奇性的想法和实验。
他的新工具包得到了加州大学创新基因组研究实验室主任Jacob Corn的支持。值得注意的是,Zayner的工具包绝不能用于改变人类基因。Corn称其为“将人们引入基因组编辑领域的一种好方法”,这个工具包类似于伯克利分校本科生在基础生物学实验课程中会做的一些事情。
但是,斯坦福大学的传染病专家、国际安全与合作中心共同主任David Relman博士对此表示担忧。他说:“这些工具包将有助于使用户更熟练地使用这种技术,这样他们将来就能熟练使用先进工具,引入较少的良性基因。”
由于担心越来越多的实验室出于遗传研究目的开发具有流行潜力的新型病原体,Relman和他的同事在2015年12月于《Science》杂志上发布了警示报告。例如,一些科学家创造了致命H5N1型禽流感病毒的更具传染性版本,其他人则使用改良的呼吸道病毒在小鼠中引发了癌症。
根据斯坦福大学的报告,与建造核武器不同,危险的生物研究可以在小实验室内完成。Relman说:“我并不认为我们需要这项技术的一个不受管制的、非监督的自由从业者团体。”一些专家不知道是否有可能控制动物、植物或微生物中的基因编辑。斯坦福大学法律和生物科学中心主任Hank Greely在本月的美国科学院年度峰会上也提出了警告。
在Zayner与两只猫共享的一间卧室里,他拿着一小瓶大肠杆菌,然后添加两种常见化学品以穿透细菌的细胞膜。他补充道:“我向需要编辑的基因组里添加了不同菌株的供体DNA,连同细胞的剪刀——一种名为CRISPR-Cas9的酶,和指导CRISPR的一段RNA。所有的成分混合在一起,然后培养。”
对于非科学家,他提供了实验室流程、廉价的设备和教程。他解释说:“这是一种工艺,你不必非得是天才或必须受过教育。”他的工具包里没有什么对人体健康是有害的。细菌和酵母菌株是日常品种。他说,新手缺乏交换更危险基因所需的技能和先进设备。
在Zayner的项目很久之前,未来主义者和理论物理学家Freeman Dyson就预言了这种运动,他写道:“驯化的生物技术,一旦进入家庭主妇和孩子的手里,将会带给我们新生物多样性的大爆炸。”
现年34岁的Zayner,自从他在印第安纳农村的一个农场家庭学校上学时,就养成了自由思考的能力。一直持续到他获得博士学位,并专注于蛋白质的合成。让他失望的是,他的博士生导师不鼓励某些项目,于是他就开始在家里做实验。
在一月份,他会把全部注意力都集中在他的CRISPR业务上。目前他通过众筹平台以及他的实验室设备供应商Open Discovery Institute,已经筹集了超过48000美元的经费。他说:“世界上总有人想做坏事。但是,如果你不让别人获得任何东西,就意味着好的事情也做不到。”