为了研究自闭症,他们编辑了猴子的基因

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中国正将自己打造成灵长类动物研究的国际中心。

SARAHZHANG

封面:GloriaPizzilli

NEUROSCIENCE神经科学

“文革”结束后,重新开放高考的第一年冯国平就参加了考试。那是年,“文革”十年间累积的万学生参加了这次高考。冯国平是他所读高中里唯一考上大学的,之后被分配到医学院。

和大多数同时代有科学抱负的人一样,他很快就把目光投向了美国的研究生项目。他说:“相较于美国,中国当时真的落后了30到50年,没有办法进行前沿研究。”于是,年,他去了纽约的布法罗,在那里他第一次看到了几英尺厚的积雪,之后他在纽约州立大学布法罗分校获得了遗传学博士学位。

冯国平身材瘦小,有着僧侣般的平和,时常展露微笑。他目前在麻省理工学院担任神经科学教授,主要从事脑功能障碍的遗传学研究。他的实验室由45人组成,附设在麦戈文脑研究所之中——该研究所成立于年,麦戈文夫妇承诺将捐赠3.5亿美元科研基金,这是麻省理工学院有史以来收到的最大的一笔捐赠。简而言之,他的实验室并不缺少资助。

然而,冯国平现在每年都回中国旅行几次。因为在中国,他可以从事目前仍然无法在美国开展的研究。年1月,我在深圳见到了他。在他出国的30年间,深圳从一个小渔村变成了大都市。他刚下从波士顿飞来的红眼航班,就直奔中国科学院深圳先进技术研究院(SIAT),他与这里与几位研究人员正进行合作。在该研究所的总部门前,有一个巨大的金属雕塑:一块主板和一个DNA双螺旋结构比邻而立——前者定义了20世纪的科技成果,而后者则被认为将定义21世纪的科技成果。

冯国平

图片来源:MITMcGovernInstituteforBrainResearch

冯国平在深圳先进技术研究院组织了一次研讨会,他并不是唯一从美国前来的科学家,远道而来的还有他的几位同事,其中一位来自麻省理工学院的神经科学家对树鼩感兴趣——树鼩是一种原产于中国西南地区的小型哺乳动物,与灵长类动物亲缘接近。还有一些华裔神经科学家,在匹兹堡大学和纽约州立大学上州医科大学研究成瘾。和冯国平一样,这些华裔神经科学家在上世纪八九十年代离开中国。那时,中国的年轻科学家为寻求更好的机会纷纷出国,他们就是那一时期出国潮中的一员。现在,他们回到中国,也是为了进行尖端研究——这些研究在美国成本太高,太不切实际,可能还过于伦理敏感。

在研讨会上,科学家们提到了在灵长类动物的大脑中使用一种强大的新型基因编辑技术——CRISPR的可能性。第二天,我和冯国平实验室的博士后周扬(音译)一起探索理论研讨背后的现实情况。我们的车在广东省开了几个小时,经过了摩天大楼、尘土飞扬的公寓社区,然后是大片的农田。在最后的半小时里,GPS信号逐渐消失。周扬拿出手机,查看了他之前来这里时拍的路牌照片。

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车在一个树木茂密的岔路口开始减速,周扬指了指路边的路标,说这个是全新的,上面用中英文写着育种机构的名字。(该公司不愿透露名字,因为它担心保护动物权益活动人士的强烈反对。)周扬每次会在那里住几个星期。这个庞大的园区里有一间餐厅,以及员工宿舍。员工要照料数千只食蟹猕猴,这些猴子将被卖给为制药实验室和科研实验室提供动物的国际公司。

这个育种机构本身并不开展猴子基因工程计划。但冯国平意识到,由于猴子数量庞大,这里成为了新型基因工程技术的理想试验地。一位中国熟人已经在该机构研究干细胞了,所以冯国平和他的同事在那里开始实验并不难。

冯国平和该机构的合作源于新型基因编辑技术的推动,尤其是CRISPR这个席卷了全球的生物学研究技术。CRISPR利用蛋白质作为分子剪刀,使科学家能够追踪并切除特定基因。在CRISPR技术应用之前,对灵长类动物开展基因工程研究是一个费力的过程,科学家们只能进行非常有限的编辑。几乎没有研究小组尝试过这种项目,成功的更少。有了CRISPR技术,对猴子进行基因工程研究就可以像对小鼠一样容易。

冯国平主要针对小鼠进行研究。作为一名天赋异禀的年轻遗传学家,他发明的数个基因技术推动了对啮齿类动物大脑的研究。年,当周扬加入冯国平在麻省理工学院的实验室时,冯国平让他用实验室培育的突变小鼠研究自闭症。这些小鼠是“敲除鼠”,它们的一种名为Shank3的特定基因被敲除了,或者说被废除了。在人类自闭症谱系障碍病例中,有1%到2%的患者出现了Shank3基因的突变,其中包括一些最严重的病例。这些患者表现出重复行为和社会意识缺乏,这是自闭症的症状。他们中的一部分人有重度智力障碍,而且不得不被禁锢在轮椅上。

这些“敲除鼠”的特征与Shank3突变的人类相似。这些小鼠的某些神经细胞发育不全,而且会重复清洁自己,有时甚至会抓伤自己的皮肤。

但是这些结果对人类有大适用性呢?啮齿类动物没有完整的前额皮质——大脑中负责人格、决策和高级认知功能的区域。它们不像人类那样进行社交。例如,避免目光接触是人类自闭症的典型症状,但即使是在健康的老鼠身上,眼神接触也是不可能的。“它们的眼睛在头两侧!”冯国平说道。自闭症研究人员对老鼠模型的适用性越来越怀疑。

为了给自闭症研究寻找一个更像人类的模型,冯国平开始寻找中国合作者来培育敲除了Shank3的猴子。目标不是让一只猴子患上自闭症,而是让它有足够的症状,以阐明导致自闭症的大脑结构,并测试能够缓解自闭症的药物。如果他的Shank3项目成功,冯国平也想用猴子研究强迫症和精神分裂症等精神疾病。他告诉我,他的一个密友在大学里患上了精神分裂症,并自杀了——这是一场一直在他脑海中翻腾的悲剧。大脑里的东西怎么会变得如此扭曲?这个基本问题在过去三十年中鞭策着他进行脑功能障碍研究,他认为在猴子身上可能会找到一些答案。

几十年来,科学家们一直在对猕猴的社会行为进行分类,因此,对研究自闭症等具有强烈社会因素的疾病来说,它是更典型的模型。

在麻省理工学院,冯国平的实验室对一种名为狨猴的猴类进行了基因工程技术研究。这种长相怪异的猴子体型很小,因而饲养起来更便宜,但它们是一种相对较新的实验动物,很难在实验任务中进行训练。因此,冯国平也想在中国的猕猴身上研究Shank3。几十年来,科学家们一直在对猕猴的社会行为进行分类,因此,对研究自闭症等具有强烈社会因素的疾病来说,它是更典型的模型。猕猴与人类的亲缘关系也比狨猴更近,这使得它们的大脑更适合代替人类的。

即使利用CRISPR这一先进技术,对猕猴进行基因工程研究也并非易事。研究人员首先给雌性猴子注射与人类体外受精所使用的相同激素。然后,他们收集卵子并使其受精,再用一根细长的玻璃针将CRISPR蛋白质注射到产生的胚胎中。猴子的胚胎比老鼠的敏感得多,注射试剂的pH值或CRISPR蛋白浓度的微小变化都会对其产生影响。只有部分胚胎会出现预期的突变,也只有部分能在植入代孕母亲体内后存活。一只存活的猴子需要几十个卵子,所以几只“敲除猴”需要一个大型繁殖群体。

第一只Shank3敲除的猕猴于年出生。很快又有4只诞生,现在总共有5只这样的猕猴。

为了探望他的研究动物,冯国平现在必须穿过12个时区,飞行英里到中国。当然,在美国进行研究要方便得多,但到目前为止,他还不能进行这种研究。

该研究中心是八个国家灵长类动物研究中心之一,由国立卫生研究院与当地机构共同资助。该中心位于马萨诸塞州的南镇,距离麻省理工学院校园仅20英里。但在年,哈佛决定关闭该中心。

这一决定令研究界感到震惊,并被广泛解读为美国对灵长类动物研究兴趣减退的征兆。国家灵长类动物中心一直是研究艾滋病毒、寨卡病毒、埃博拉和其他疾病的重要基地,可它也受到了公众的密切审视。像美国人道促进协会这样的动物保护组织派出调查人员在实验室里做卧底,媒体也对猴子死亡事件进行了充斥着恐怖细节的报道。哈佛大学决定关闭中心的官方说辞是“金融”原因。但在此之前,有4只猴子在年至年间因处理不当而死亡。这些死亡事件备受瞩目,引发了强烈反对——示威者出现在研究中心门前。哈佛花了两年时间来逐步关闭灵长类动物中心,并于年正式关闭了该中心。

“他们自己搞砸了。”麻省理工学院的神经学家迈克尔?哈拉萨(MichaelHalassa)在冯国平的研讨会上这样对我说。另一位演讲者姚卫东也加入进来,他指出,仅仅两年后,CRISPR就引发了对灵长类研究的兴趣。姚卫东曾是哈佛大学灵长类动物研究中心的研究员之一,他现在在纽约州立大学上州医科大学主持着一个实验室,该实验室使用转基因老鼠和人类干细胞进行研究,他来深圳是为了讨论重启他对灵长类动物成瘾性的研究。

美国科学家担心美国在灵长类动物研究上落后于中国。“我有两个担心,”宾夕法尼亚大学研究灵长类动物的脑科学家迈克尔·普拉特(MichaelPlatt)说,“美国在这些(灵长类动物)模型上投资不多。因此,我们无法获得中国的科学家那样的优势。”第二,他说:“我们可能会失去做灵长类神经科学的人才基础和专业技术。”

与此同时,中国正将自己打造成灵长类动物研究的国际中心。国际人道协会(HumaneSocietyInternational)的中国政策专家彼得·李(PeterLi)说,虽然中国确实有一场蓬勃发展的动物保护运动,但活动人士主要

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