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2019-08-29

中国离世界级CRISPR超级大国还有多远?

编辑 | Sushi

2014年,世界首例基因敲除狗“大力神”在我国诞生。四个月大时,“大力神”就展现出超强的肌肉力量和运动能力。在某种程度上,大力神就是标准的比格猎犬。他喜欢到处跑,看起来和他在世界各地那些耷拉着耳朵的堂兄弟们一样快乐,甚至近乎疯狂。然而,说到肌肉,“大力神”之于其他猎犬就像阿诺德·施瓦辛格之于普通人一样(图1)。

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▲图1 全球首例基因敲除狗“大力神”(左边)和正常比格猎犬(右边)对比

这背后的奥秘就是基因编辑技术CRISPR。中国科学家利用基因编辑技术CRISPR/Cas9敲除了胚胎时期体内限制肌肉生长的肌生成抑制素。结果,“大力神”发展出了不寻常的肌肉力量。这项研究可能会带来治疗人类疾病的新方法,如肌肉萎缩症和帕金森综合征。

大力神并非个例,中国正以无与伦比的热情,见证以CRISPR为基础的动物研究的大爆发,拥抱基因编辑技术——数量如此之多,以至于中国可能很快在医学研究、农业和工业应用等领域超过美国在CRISPR相关方面的研究论文和专利数。

正如经常被誉为CRISPR之父詹妮弗·杜德纳(Jennifer Doudna)在《科学》杂志上所说的,“这是一个真正重视科学技术的国家和文化。中国政府在这方面投入了大量资金,他们正在践行梦想。”

1、中国迎来CRISPR技术井喷

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▲图2、各国CRISPR相关专利数对比

谈到CRISPR技术,美国、中国和其他所有国家都有参与。最近《科学》杂志的一项分析显示,美国仍持有更多与CRISPR相关的专利申请——872项,中国紧随其后达到858项。相比之下,整个欧洲拥有186项专利(图2)。

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▲图3、各国CRISPR相关论文数对比

该研究还表明,截至2018年,相比于中国同行的2059篇,美国科学家已经发表了2967篇与CRISPR相关的科学论文。排名第三的日本在2018年发表了228篇(图3)。在农业和工业应用等领域,中国拥有更多的专利,发表的论文也比其他任何国家都多(图2)。

单靠专利和论文并不能造就一个科学超级大国,其他重要因素包括政府机构和知名教育机构的背书。传统上来说,美国大学吸引了来自世界各地的顶尖科学家,但对于CRISPR来说,这种情况似乎正在发生变化。中国大学的成功地吸引了中国基因编辑科学家从美国回到中国,国际科学家也纷纷移民到中国进行研究。在最新的五年规划中,中国政府强调基因编辑是一个战略重点,并要求放宽其周围的官僚框架限制。

中国似乎正把精力集中在农业、人体医学和基础研究领域。北京大学(University of Peking)推出的一项类似CRISPR的基因编辑新技术就是后者的证明。据报道,这项名为LEAPER的新技术与CRISPR-Cas13类似,但使用的是新型ADAR招募RNA(arRNA)而非传统RNA,从而成功地简化了基因编辑的递送,降低了不必要的细胞反应的风险。

2、猴子、玉米和伦理困境

纯粹的数字似乎在中国的CRISPR研究方法中扮演着关键角色。例如,大力神的研究涉及27只小狗。在中国,至少有四组CRISPR研究人员编辑了大量猴子的基因,而其他国家的科研人员使用的是狗、小鼠、大鼠、猪和兔子。

位于希尔斯伯勒的俄勒冈州国家灵长类动物研究中心的生殖生物学家乔恩·亨内博尔德(Jon Hennebold)告诉《科学》杂志:“中国的实验中,最令人吃惊的部分是他们如何使用“暴力”手段对待动物。他们做这些动物实验获得的支持水平真的令人震惊。”

包括“大力神”实验在内的一些动物似乎没有遭受任何不良后果,但其他动物却患有折磨人的疾病。据报道,美国加州著名的索尔克研究所(Salk Institute)的胡安•卡洛斯•伊兹皮苏亚•贝尔蒙特(Juan Carlos Izpisua Belmonte) 正与中国研究人员合作,将人类干细胞移植到猴子胚胎上,迈出了探讨在灵长类体内培育人用器官移植物可行性的第一步,引发巨大争议。这项“半人半猴”胚胎研究被选在中国进行,目的就是“规避美国的法规限制”。

此类研究充斥着伦理问题,但至少从表面上看,与许多西方国家相比,这些问题在中国似乎不那么引起重视。相比之下,美国立法者可能很快就会迫使美国国立卫生研究所(NIH)彻底终止非人类灵长类动物实验。

对这些批判最普遍的反对意见是,这样的实验可以帮助治疗许多疾病,包括帕金森综合征、阿尔茨海默症、甚至一些癌症。

3、CRISPR帮助解决中国面临的挑战

中国在CRISPR上的全速前进并不止步于动物研究。全国至少有20个研究小组使用CRISPR来修改农作物基因,孜孜不倦地提高农业产量。最近的数据很难获得,但2013年,中国政府对农业研究的公共资助接近100亿美元,是美国的两倍多,而且自那以来似乎没有放缓。

基于动物和植物的CRISPR研究似乎实现了两个目的。

首先,它们有助于提高中国在经济、政治和技术领域的地位,在这些领域,中国正与美国展开较量。

其次,基因编辑为这个世界上人口最多的国家面临的一些主要问题提供了可行的解决方案。中国政府需要想办法从全球不断增长的人口中养活14亿人。对包括食物在内的资源的竞争正在加剧,因此能够在国内生产更多的食物是势在必行的。与此同时,中国的人口结构正在发生变化。中产阶级正在迅速增长,导致了诸如肉类消费增加和生活方式相关慢性病患病率上升等变化。此外,一些医疗用品和服务也面临严重短缺。一项研究表明,中国有30万人需要器官移植,但目前仅有1万个器官可供移植。

4、中国主导CRISPR将意味着什么?

所有这些让我们想到了过去几年来中国最轰动的CRISPR报道:贺建奎的基因编辑婴儿。尽管中国当局谴责了这项试验,但其他涉及在人体上使用CRISPR的研究仍在继续。

去年,作为临床试验的一部分,中国科学家将CRISPR编辑过的基因植入肺癌患者体内。宾夕法尼亚大学(University of Pennsylvania)从事类似项目的科学家卡尔•琼(Carl June)向《自然》杂志描述称,这可能引发“人造卫星Sputnik 2.0”竞赛(Sputnik 1.0即美苏人造卫星竞赛),即中美两国在生物医学发展方面的一场对决。

随着中国逐渐占据上风,这场较量似乎已经在顺利进行。高盛(Goldman Sachs)分析师萨尔文•里希特(Salveen Richter)研究了中国在CRISPR方面的努力。他指出,截至2018年2月,中国有9项注册临床研究,测试CRISPR编辑的细胞治疗各种癌症和艾滋病毒感染,而在美国只有一项这样的研究。

如果中国真的在CRISPR上占据领先地位,它可能会转化为各种优势。正如“围绕谁发明了CRISPR的持续争论”清楚地表明,未来的收益非常依赖专利权。这些权利通常与科学研究联系在一起。两者的结合是开发有专利保护的新的解决方案和产品的关键,全球各地的人可能都想购买这些产品,尤其是考虑到许多国家在许多方面面临着与中国类似的挑战,例如医疗短缺、粮食短缺。

“人造卫星 2.0竞赛”还远未结束,好消息是,这样的竞赛几乎总是会带来对全人类都有益的新发现和解决方案。接下来的问题是,世界其他国家将用何种途径获得这些解决方案。



参考资料:

https://singularityhub.com/2019/08/18/inside-chinas-play-to-become-the-worlds-crispr-superpower/

https://www.sciencemag.org/news/2019/07/china-s-crispr-push-animals-promises-better-meat-novel-therapies-and-pig-organs-people

https://www.sciencemag.org/news/2019/08/its-crispr-revolution-china-becomes-world-leader-genome-editing

https://www.nature.com/articles/s41587-019-0178-z

http://pkunews.pku.edu.cn/jxky/bf2bae1bb3ca40a1900bab3ee03b6f8d.htm

https://singularityhub.com/2019/08/13/wait-what-the-first-human-monkey-hybrid-embryo-was-just-created-in-china/



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