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基因编辑获诺贝尔化学奖并不出格,将利好这些产业

2020-10-12 19:50:26

作者:魏冬青    责编:陈仲伟

基因编辑对微观的基因做手术,可以想象这是多么复杂和重要的工程,对人类生活将产生巨大而深远的影响,对生物医药行业、临床医学、农业产生巨大利好

为何基因编辑获得化学奖而不是生理/医学奖?该成果重要在哪里?

因为诺贝尔奖没有生物学奖,所以基因编辑此次被授予诺贝尔化学奖,并不算离谱。现在学科高度交叉,生物学的微观解释非常依赖化学,有时很难严格界定是哪个学科。例如:生物学有一个学科叫生物化学,化学中也存在一个学科叫化学生物学。用化学的方法在分子的角度上研究生物问题,解决生物中的化学反应,以及生物环境对化学反应的影响这是两个学科的交叉领域。化学反应在溶液中进行,也有固体化学反应。很多生物体中的化学反应,由酶的催化来进行,因此酶是最重要的一种蛋白质,基因编辑的本质是一种酶切的作用——把酶(负责切割DNA或者替换碱基)带到这个基因的靶DNA区域,之后酶就能引起双链断裂或碱基替换等,相当于把基因中某一片段DNA给换掉,通俗讲就是剪了再贴上。这种操作会在基因表达的每一轮化学反应中都发挥关键作用。为什么说基因编辑获得化学奖也是合理的呢,主要是因为基因编辑替换DNA片段的过程实际上是切断了化学键,再拼接又粘合了化学键;而且当下学科高度交叉融合很难严格区分出纯生物或化学,作为生物制药意义上的药物设计,很多的药物靶点都是酶——一种特殊的蛋白质,又回到了有机化学范畴上。基因是一段能够编码蛋白质的DNA序列,基因跟蛋白质又是一一对应的,因此可以说基因编辑是生物与化学的交叉。

最近一个300万美元奖金的生命科学突破奖(Breakthrough Prizes in Life Sciences)给了华盛顿大学的David Baker,他与我的研究领域一样,是用计算机通过人工智能来预测蛋白的结构。很多人不理解,为什么蛋白的结构那么重要呢?因为只有了解了蛋白结构才能很好的研究催化反应,而今年获得诺贝尔化学奖的基因编辑实质上就是酶催化反应,因此想要研究催化反应就要深入研究蛋白质结构,这是一环扣一环的。名满天下的施一公是研究蛋白结构的,用实验方法来解析蛋白质结构,经常发《科学》、《自然》等最顶级刊物,这也表明了蛋白质结构解析是非常重要的一项研究。但是很多蛋白质结构在将来可能就不需要通过实验测了,因为实验测非常贵且有很多技术壁垒。如果用人工智能的方法可以预测出来,那么通过实验方法解析结构就没那么重要了,也因此Baker获得了生命科学突破奖,300万美金的奖金几乎相当于诺贝尔奖金的3倍。

总的来说,基因编辑的操作就是对微观的基因做手术,可以想象这是多么复杂和重要的工程,诺贝尔化学奖今年表彰的基因编辑是生物与化学的交叉领域一项特别重要工作,将对人类生活产生巨大而深远的影响。

可以编辑基因了,离新冠疫苗还远么?

疫苗的本质是一种多肽,多肽长的话就变成蛋白质了。疫苗的肽是比较长的,甚至有几十个氨基酸组成(一般的一个蛋白质是由几百个氨基酸组成)。疫苗设计对我们在全球范围内防控新冠当然很重要,中国和全世界主要生物制药技术大国都在设计疫苗。

疫苗的合成有几种办法,一种是生物技术,通过一些微生物如大肠杆菌做载体,产生这种多肽,形成一个培养体系。

一种是多肽合成。无论通过微生物做载体还是多肽合成,如果我们随意可以编辑它,那对于疫苗开发无比重要,可以高效而轻松实现疫苗研发。以前我们要置换一种蛋白质,叫做突变,细菌或者病毒造成最大困扰是基因突变,基因序列突变了,让病毒变得更有传染性,怎么办?有了基因编辑,我们在制造疫苗的时候,针对性的只变几个氨基酸来调整疫苗的有效性。

我们甚至能够随意地编辑一个病毒的基因,通过基因编辑让它不再人传人,或者将传染率降低,应对疫情就可以通过基因编辑的技术鉴定出与传染性相关的基因,从而加快抗体或疫苗的研发,基因编辑前景巨大但目前只是提供了一种可能。因为基因编辑技术还在初期,到疫苗开发应用还有很长的路走,本次获诺贝尔奖这两位只对某一些特定基因序列进行编译,不是随意的编辑,但是这已经是一个非常大的进步了。未来能够发展更好的编辑体系,编辑体系还是挺复杂的,需要通过微生物或通过RNA引入来做。

基因编辑对生物制药也至关重要,新药开发难点在设计靶点。靶点是什么?就是使用某种药物作用在生物大分子上,影响该生物大分子,从而对疾病产生疗效。通过基因编辑的生物制药开发就是筛选出重要的治疗靶点。开发特异性的针对该治疗靶点的基因编辑策略,潜力巨大。但目前还没有应用于新冠特效药的开发。

攸关安全问题,植物优先

基因编辑实际上跟转基因有异曲同工之处,本质都是在基因上进行操作。转基因是非常费劲的,有几种方法,一种是通过微生物带进去,把目标基因组的某一个片段改了,比如玉米的基因组带入其他粮食的基因组。

另外一种就是基因枪法,让目标基因片段的纳米粒子沾上特定基因片段打进去。生物自我保护意识很强,打进去很难生存,所以说转基因是非常困难的,基因编辑解决了这个问题。此次诺贝尔奖授予的是一个技术突破,真正的应用还不是特别多,当然前景很厉害。

转基因都有很多人说不安全甚至不合伦理,基因编辑是更强大更有效的基因操作,从基因上改变一些生物的特性,甚至改变它的遗传规律,真正可能深远影响人的生活。

进行基因编辑,即使对植物会不会引起什么问题都不知道,涉及生物安全的问题,所以要小心。

植物先行,农作物先行,不能在人身上直接试,人一定要到最后确保安全时候。农作物先行,通过基因编辑,改变从产量到抗病虫害能力。改变基因的操作需要大量的实验,然后再用到育种或者各个方面,验证是否性能更好,成活率更高,收益率更高。农业是根本,尤其是粮食,将基因编辑作为生产工具提高产量,提高品质,能够解决国家粮食安全的重大问题。

基因编辑对食品安全可能会有哪些影响目前还没有实验结论,所以也还是一个未知问题,因为有风险就不去尝试肯定不是科学态度。通过测试我们才能了解有哪些好的结果,与不良的后果,如同我们农业育种选育一样。转基因搞得比较早了,基因编辑可以对标转基因,因为二者基本相似,都是在基因组水平改变它的遗传性状。

目前基因编辑还没有什么特别好的应用,但是这两位教授都成立了公司,说明应用前景惊人,它的效率一定会比转基因要高。大家要做好准备,效率越高,也许产生后果也严重,基因编辑效率与能力强,而转基因的效率很低,因此实验或投产的周期都会大大缩短。转基因都产生如此多争议,基因编辑一定也会遇到。现在公众还没有把基因编辑和转基因联系起来,实际上是差不多的事儿。你想想转基因的争论多大?但是实际上基因编辑可能更危险。

这是一个革命性的技术,一定会对生物医药行业、临床医学、农业产生巨大利好,前述已经提到生物医药,在疾病治疗上,基因编辑可能会引起革命性的变化,尤其是对个性化医疗和精准医疗产生巨大影响。自从奥巴马前几年提出来,精准医疗被各个国家上升到国家战略,但是需要更长时间。

此外就是农业,像转基因一样,首先会应用到农业上。转基因大豆,转基因玉米,中国都大量从美国进口。从植物开始,动物转基因的产品还比较少。将来基因编辑,从农作物开始,通过改变植物的基因组,譬如苹果或其他水果的性状、口味可能都彻底改变了,通过让它们代谢途径发生变化,可以产生产量高、营养价值高的农产品。

基因编辑的产业影响,首先是农业特别是种植业,会有很多的机会。我们日常吃的,从粮食到水果蔬菜,它的范围很广,食品消费从上游到下游市场巨大,育种有孟山都;全球四大粮商有嘉吉、嘉能可、路易·达孚、邦基;还有物流运输、仓储再加工等等。

专利权与技术壁垒是对研究的鼓励。就像药一样,研究成本很高,药的专利权有15年,基因编辑也会形成知识产权,带来技术壁垒,不然研究也没有价值了。所以新的知识与技术有知识产权的保护,这都正常——必须让知识能够产生价值。

产业化能够体现研究的价值,资本会早期介入,通过VC、PE套路介入,支持技术开发与产业化,这是正常的操作,周期要有很多年,我觉得是个好事。对知识产权的保护,撬动资本,最终通过研究贡献与造福人类,这是良性循环。另一端资本通过科技的杠杆来形成财富。

基因编辑需要立法规范

南方科技大学之前有一位副教授声称通过基因编辑诞生了2位具备HIV免疫的婴儿,这就有问题了,基因编辑威力巨大。由于对人的基因组或者是生物的基因组的改变,能产生巨大的威力和后果,所以要慎之又慎。即使是植物基因的编辑,对人的安全,对动物的安全,植物本身的安全,对自然界的影响,都考虑清楚之后才能投产,所以各国都在立法。就像原子弹,我们不能随便用它。基因编辑的威力也不亚于原子弹,可以给人类造成毁灭性的后果,我觉得立法是非常正确。

南方科技大学的这位副教授严重违法。不单是对家长,对被他编辑的这两个人不负责,对人类也是一种威胁。不该做的事情就不能做,不是说从事科学我就能吃螃蟹,跟吃螃蟹没有关系。因为我们不清楚这个事我们就不能做,因为我们不知道它有多危险,当科学界、伦理学和法律界达到一定共识之后,才可以做,否则就违法,要受到法律的制裁。

所以这位副教授被法律制裁处理的很好,应该让他坐牢。不光是在中国,在全世界都是这样——不能在人身上做实验,太危险。以后基因编辑也是要慎之又慎,不能随便搞人体实验,需要通过立法来规范。

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