CRISPR 基因编辑动物园

CRISPR-Cas9 基因编辑技术尚未发展以前，研究人员仅改造了少数几种动物的基因，其程序效率低且需耗费许多的人力及经费。得力于相较而言更加精准简单的CRISPR 技术，研究人员得以改造更多生物物㮔，许多以往没办法做的计划，都变得具有可行性。仅仅在过去两年期间，科学家们已提出在猴子、长毛象、蚊子以及许多物种进行基因改造的展望，应用的领域横跨农业、制药以及复育绝迹的物种。经过基因编辑改造出的动物，甚至成为市面上贩售的宠物。由于此技术相对来说容易进行而且造价便宜，也有可能被不法份子利用来制造具破坏性的生物武器，而将用来当作食品或野放至自然界的物种，必须考虑其安全性和对生态的影响。如何适当地运用 CRISPR-Cas9 这强大的工具，并进行相当的管控是很重要的，急需研究人员、管制单位以及社会大众共同参与讨论。

●生物疾病管控方面的应用

在农林业上， CRISPR-Cas9 基因编辑技术的热门应用之一在于提升抗病性。旧金山一生技企业家 Brian Gills 研究一种会清洁蜂窝的蜜蜂，它们也会将受感染生病的幼虫搬离，其族群比较不会受螨、霉菌或其他病原体影响。Gills 认为如果可以找出决定此行为的基因，以此为模板去编辑其他种类蜜蜂的基因，将可使其他种类的蜜蜂拥有更健康的蜂窝。影响生物行为的因素通常很复杂，目前尚无法明确定出特定基因。不过这样的考虑并没有阻挡科学家将此技术应用在管控生物疾病上的努力。另一群科学家试着基因改造出能抵抗病毒感染的猪，将猪的免疫基因修改得较接近野猪，希望藉此提高猪的免疫力来抵抗非洲猪瘟，或是修改猪的细胞表面蛋白质，使感染呼吸道的病毒无法进入猪体内。另外编辑牛的基因，使其能抵抗造成昏睡症状的寄生虫。这些研究成果可以降低猪和牛感染得病机会，减少每年畜牧业的损失。

政府单位正在考虑，采用原先管制基改动物的法规来管理 CRISPR 编辑动物是否恰当？ 因为 CRISPR 编辑动物不会有其他物种的 DNA，所以并不算是基改动物。

●制药方面的应用

全世界大约有百分之二的小孩对鸡蛋过敏，他们没有办法施打由鸡蛋制造出来的多种常规疫苗，澳洲分子生物学家 Timothy Doran 的十一岁女儿就是其中之一。他相信用 CRISPR-Cas9 强大的基因编辑能力，将可解决这个问题。

大部分对鸡蛋过敏的人是因为对鸡蛋蛋白中四种蛋白质中的一种过敏，Doran 的构想是如果能以 CRISPR技术精细的调整改造鸡的基因序列，使所制造出的蛋白质不会启动过敏反应，但仍可维持鸡胚胎的发育，之后可以生出不会引起过敏反应的鸡蛋。

由于鸟类的受精卵和蛋黄紧密结合，如果要在体外编辑基因，移出受精卵的过程会破坏鸡胚胎。若是要在母鸡体内进行基因编辑，又有技术操作上的困难，等到蛋被生出来则已经错过了编辑基因的时机。于是他们改以鸡的原生殖细胞( primordial germ cells， PGCs)作为基因编辑的对象，编辑后再放回发育中鸡只的血液里，待其成熟后会成为有特定编辑基因的精子或卵。他们更计划将 CRISPR-Cas9 所需元件，先放到鸡的基因体里，制造出 CRISPi 鸡，这样可以使编辑的程序更简化，有助于以家禽家畜来制造药物的畜产制药业( farmaceuticals’) 发展。管制单位表示愿意考虑，但是还需要相当时间才有可能核准以基因编辑鸡蛋来制药。欧盟早在 2006年认证了可以生产抗凝血蛋白质羊乳的基因改造山羊，之后 2009年美国食品药物管理局也予以认证; 而两个单位于 2015年也都给予能制造出胆固醇药物的基因改造鸡认证。

●消除动物绝种问题

大约四千年前人气候变迁与人类滥捕造成勐玛象灭绝。哈佛医学院 George Church 试图使用 CRISPR 技术来复原绝种的动物，此举引起众人的注意。他计划将濒临绝种的印度象透过基因改造方式变成长毛的勐玛象，或是变成具有抗寒能力的大象，然后将改造后的象放养于有足够活动空间的西伯利亚保护区。2015年芝加哥大学 Vincent Lynch 的研究发现，将细胞感热及毛发生长的基因加以勐玛化后，此细胞可以在较低温的环境下生长，且具有此类似改良基因的老鼠，也比较喜欢待在控温培养箱里较冷的区域中。而哈佛医学院的Church 则表示他已经修改了十四个大象胚胎的基因，由于将基因编辑过的大象胚胎放回濒临绝种的印度象子宫里培育，被视为是违反道德的事，所以他们正在研发人造的子宫，但是尚未成功。此举看起来似乎疯狂，但是如果研究成功，将可提升更多动物的耐寒能力。

加州大学 Santa Cruz 分校的 Ben Novak 则企图复育十九世纪因为人类大量猎杀而绝种的候鸽，藉由比较图书馆所保存的切片样本和现代鸽子的 DNA，以修改原生殖细胞方法，来改变现代鸽子的基因，使它们更接近已绝种的候鸽。在没有 CRISPR 技术之前，一次修改几百个基因根本是不可能的事，有了 CRISPR 技术，使成功的机会大增。

●控制携带病原的载体生物

数十年来研究人员试图以修改蚊子基因的方式来防止登革热和虐疾等疾病的散播， CRISPR-Cas9 技术提供了一个新的方向。

加州大学 Irvine 分校的分子生物学家 Anthony James 培育了一种具有基因驱动程式(gene driver) 的蚊子，这种带有基因驱动程式的蚊子可以将抗疟疾基因传给它的后代，并确保几乎所有子代都会有两套编辑过的基因，让此抗疟疾基因可以在族群中快速传播。2015年10月底另一篇研究报告发表了一套不同基因驱动程式，经由修改基因使得母蚊子无法生育，以此消灭蚊子族群。这几年兹卡病毒的爆发事件，使得大家对此技术更有兴趣，目前已有几个实验室着手研发相关基因驱动程式，用以消灭兹卡病毒的病媒蚊埃及斑蚊。除了培育像蚊子这类比较简单容易研究的携带病原的载体生物外，科学家也正在进行培育无法传播细菌的蜱虫，以及无法传播寄生虫的水螺。

在处理严重威胁人类的疾病问题时，对自然界的影响也是我们必须考虑的，很多科学家开始担忧释放这类基因改造蚊子到自然界有可能会造成我们没料到或未知的生态问题。为此Church 及他的同事开发了另一反基因驱动程式，一套可以反向消除编辑的方式。

●增加食物产量

美国食品药物管理局经过长时间审核，终于在2015年十一月核准了第一个作为人类食物的基因改造动物：快速生长的鲑鱼(由麻州 AquaBounty 公司所研发出来)。有些人担忧如果这些基改鲑鱼逃至野外，将会破坏生态平衡。鱼类科学家 Rex Dunham 针对这个争议做出回应，如果基改鱼可以达到 100% 绝育，即使逃离也没办法在自然界繁殖，那么对生态就不会有遗传上的影响。以美国渔业养殖最多的鲇鱼作为研究对象，他使用 CRISPR 技术成功地抑制了三个生殖贺尔蒙基因，必须经过特定贺尔蒙处理后，才可进行繁衍。同样的方法可以应用在不同种的鱼类。

CRISPR 技术也可以减少农场扑杀动物的数目。由于母牛的产肉量比较低，因此农场通常将扑杀母牛只留下公牛。加州大学 Davis 分校的生物技术家 Alison van Eenennaam 将雄性 Y 染色体上控制男性性征的基因放到公牛精子的 X 染色体上，利用此特殊 X 染色体培育出有公牛的特征的母牛，这种母牛能长出较多肌肉，减少被扑杀的状况。

在鸡蛋行业里由于公鸡不会生蛋，所以通常刚孵出来的公鸡当天就会被扑杀，洛杉矶州立大学 Tizard 的研究团队将可以转译发出绿色萤光的蛋白质基因剪接到性染色体上，使公鸡胚胎在紫外线照射下会发出绿色萤光，可以在小鸡孵出前将公鸡蛋挑出，转用于疫苗的生产。

在运送牛只的过程中，必须将牛赶入较小空间，常常会造成牛只受伤，别是长角动物更容易受伤。所以一般养牛的人会在运送前将牛角以烧、切割或化学方法去除，此过程不仅动物需承受疼痛，对执行的人也具危险性。但是若以育种方式将优质肉牛或乳牛和天生无角的牛交配，产生的肉牛后代的肉品品质却会变差。分子生物学家 Scott Fahrenkrug 同时也是 Recombinetics in Saint Paul 公司的创办人，尝试用 CRIPR 技术，将去掉牛角的基因与优质肉牛基因剪接在一起，该公司目前仅培育了两只无角公牛并饲养于加州大学 Davis 分校，未来等他们成长到可以孕育子代就可知道成效如何。应用 CRISPR 技术可以使畜牧业更加符合人道精神。

●应用于宠物的改良

2015年九月，基因公司 BGI 在中国深圳的研讨会上发表了令人震惊、体重只有15公斤的微型猪，大小相当于一条标准的腊肠狗。BGI 公司原本是要培育此微型猪作为研究用，但是已决定改为以美金 1600 元的售价，将微型猪作为新型宠物进行贩售，并计划将来能够让买家决定其毛皮的样式。锦鲤育种在中国已历史久远，BGI 公司的董事 Jian Wang 指出即使杰出的育种专家通常也只能在百万个鱼卵中，培育出少数几条冠军等级的锦鲤，但 CRISPR 技术可以让他们改良锦鲤的大小、颜色和花纹，更准确地控制锦鲤的花纹，同时也培育不需要大型鱼池可以适应一般家庭式鱼缸的锦鲤，预计在 2017 或 2018年就可以上市，同时也会持续开发不同的宠物鱼。

澳洲雪梨大学的遗传学家 Claire Wade 则提出以 CRISPR 技术来改良狗，她的研究团队比较不同品种狗的基因差异，希望可以找出影响狗行为和特征的基因，例如决定其敏捷性的基因。韩国首尔的Sooam 生技公司以要价美金十万元克隆已死宠物闻名，近来他们开始对 CRISP 技术有兴趣，计划以此技术来改善导盲狗和牧犬等功能犬的工作能力。

哈佛大学的生物伦理家的 Jeantine Lunshof 指出，为了满足人们欲望而去改造动物外貌可能会伤害到动物。但她也承认，其实 CRISPR 作法和几世纪以来人类用来强化畜养动物和宠物的某些特定特质的近亲交配方法，对动物而言本质上并没什么不同。而 CRISPR 技术甚至可以更进一步解决一些问题，例如改善数十年来因近亲交配法所造成的狗的臀部问题。

●动物实验模式的建立

长久以来用以研究人类感冒病毒的实验动物是貂，因为感冒病毒会在貂的呼吸道复制，貂有时也会有打喷嚏的症状，可用来研究病毒传播。北京中国科学研究院 Xiaoqun Wang 利用 CRISPR 技术编辑参与貂大脑发育的基因群，以此来研究并改变动物对感冒病毒的感受性，同时他们也将此动物实验模式提供给其他研究传染疾病的研究人员。

行为学研究人员则是对和人类比较接近的绒猴和猴子基因编辑动物感兴趣，特别是中国和日本。2016年一月在上海的中国国家科学院神经科学家 仇子龙的研究团队发表以 CRISPR 技术引进突变(註)到弥猴的 MECP2 基因，此基因和神经发展障碍 Rett 症状相关，经过基因编辑的弥猴表现出泛自闭症障碍，包括重复的行为和避免社交接触。但是遗传学家 Anthony Chan 告诫研究人员们，在建立动物实验模式时应该要谨慎考虑道德问题，例如选用老鼠进行实验即可，并非所有疾病都需要使用灵长类动物来进行动物实验。

基础神经科学也可以从新的动物实验模式得到助益，麻省理工学院的神经生物学家 Ed Biden 培育一批全世界最小的哺乳类动物树鼩，树鼩的脑小到可以在显微镜下观察，经基因编辑的脑部，其神经元在发出讯号时会出现闪光，可让研究人员研究动物的脑部的即时变化。

CRISPR 动物园快速扩张，未来该往哪个方向继续前进？此领域势必面对前一代基因改造植物和动物所引发大众反弹的困扰，为了避免争议再度扩大，科学家们有责任也必须和大众説明 CRISPR 基因编辑技术在生物应用的优点甚至潜在危机，每个人都应该谨慎思考什么是我们能掌控利用，什么是我们能去做也能拥有的。

註：突变是将 MECP2的 DNA 序列改掉，使其所做出的蛋白失去原功能