基因編輯先驅瘋狂計劃:6年內“復活”猛獁?


▎藥明康德內容團隊編輯

在電影《侏羅紀公園》中,科學家利用恐龍血液中的DNA讓恐龍復活,重建了一個驚心動魄的恐龍世界。但事實上,絕大多數科學家都相信:由於DNA在理論上只能儲存100萬年,遠遠不及恐龍生存的年代,因此復活恐龍這件事永遠也無法實現。

但是,如果希望復活的物件變成了滅絕不久的物種,情況可能就不一樣了。就在不久前,“復活猛獁”的訊息再次引起關注。一家美國初創公司計劃在6年內生產出擁有猛獁性狀的雜交象——或許數年後,我們將見證大象在北極冰原漫步的魔幻場面。

主持這個接近於科幻的專案的,是哈佛大學醫學院的George Church教授。作為基因測序和基因編輯的先驅,這位留著標誌性大鬍子的遺傳學家曾因在CRISPR技術中的貢獻被視作諾貝爾獎的大熱門;與此同時,他的一系列超前想法也時常受到人們的熱議。6年前,Church教授就利用CRISPR對豬胚胎進行基因編輯,試圖打造能用於人類器官移植的轉基因豬。


▲George Church教授(圖片來源:Church教授個人官網)

作為Church教授下一個“科幻”計劃的主角,猛獁曾是稱霸冰原的巨獸,它們曾與古人類共同生存數萬年,卻在1萬年前的氣候變化中衰落,最終走向滅絕。近些年來,人們已經從西伯利亞的冰原之下挖掘出不少猛獁遺骸。由於寒冷的氣溫和冰封的凍土抑制了微生物的活動,其中一些埋藏數萬年之久的猛獁在出土時仍然儲存著較為完好的肉體——當然,一同保留至今的,還有猛獁的DNA。

低溫為抑制DNA的降解創造了絕佳的環境。2008年,賓州州立大學的研究團隊就在《自然》雜誌上宣佈:他們從猛獁的毛髮中,獲取了猛獁的部分基因組資訊。這樣的突破讓Church教授產生了濃厚的興趣。2013年,Church教授就首次公開討論了“復活猛獁”的設想。而在今年,一家名為Colossal的初創公司橫空出世。這家由Church教授參與建立的公司已經獲得了1500萬美元的種子輪融資,計劃在6年內讓“猛獁”重見天日。

確切地說,該公司的目標並不是從零開始復原猛獁,而是使用猛獁的DNA基因片段對亞洲象進行基因編輯。畢竟,儘管儲存條件較好,但要獲取猛獁完整的細胞核依然十分困難。相比之下,如果目標只是其中的部分基因片段,可行性就提升了很多。

據此前的研究,作為有著共同祖先的近親,亞洲象與猛獁只有140萬個DNA序列的差異,由此造成的結果是,兩者在大約1600個蛋白質編碼基因上存在差異。當然,研究團隊並不需要修改所有這1600個基因。曾在Church教授實驗室擔任博士後的Eriona Hysolli(目前在Colossal公司工作)已經和同事找到了約60個與猛獁性狀關係密切的基因,它們使得猛獁擁有了濃密的毛髮、厚層皮下脂肪等關鍵特徵。

目前,Colossal公司的計劃是利用CRISPR技術對亞洲象的胚胎進行基因編輯,插入近50個與耐寒性狀相關的猛獁基因。在Church教授看來,這樣的操作足以讓生存在東南亞、南亞熱帶地區的亞洲象具備耐寒能力,在西伯利亞冰原上生存。


▲相關閱讀:猛獁如何走向滅絕,《自然》回答百年謎題(圖片來源:Thomas Quine, CC BY 2.0)

從原理上看,上述操作似乎算不上覆雜。但實際上,由於操作物件是大象,Church教授等人將面臨很多不確定性。首先,此前從未有人獲取過大象的卵子,因此他們也提出了備案:將普通的亞洲象細胞誘導為幹細胞,隨後在實驗室中形成用於基因編輯的胚胎。

而獲得包含猛獁基因的胚胎,只是雜交象誕生的第一步。Colossal公司將面臨的下一道障礙,是讓胚胎髮育成胎兒。出於倫理考慮,他們放棄了雌象代孕的想法,決定用人造子宮孕育小象。

2017年,費城一家醫院的研究團隊開發出人造子宮,一隻早產的小羊成為這個子宮的首位使用者,在其中順利生存了4周。而Church教授表示,目前他們已經利用幹細胞誘導分化出了子宮內膜細胞。他們的目標是將雜交胚胎移植到人造的子宮內膜中後,讓胚胎在這個人造子宮中發育,直至培養成能夠落地的胎兒。按照Colossal公司的時間表,這個雜交胎兒將在6年後誕生,而成長為成年個體還需等待至少10年。

從提出設想到今天,“復活猛獁”的想法總是充滿了爭議。而在Church教授看來,他們開展這個專案有著深刻的意義:緩解北極變暖的趨勢,以及保護瀕危物種。

在全球變暖的背景下,北極地區面臨著尤為嚴峻的形勢。除了海冰融化,西伯利亞等高緯度地帶的多年凍土層也開始消融。這個過程造成的最直觀影響是,強有力的溫室氣體甲烷從凍土中大量釋放,從而形成正反饋,讓全球變暖愈加嚴峻。

在Church教授看來,如果象群可以在西伯利亞地區生存,它們對生態系統的改造能有效逆轉凍土的消融,從而控制升溫。而造成這一變化的核心原因,是地面對陽光吸收率的改變:一方面,象群會折斷一些較小的樹木,這些深色的樹木會造成當地地吸收更多陽光;另一方面,它們能將苔原轉化為吸收光照能力更弱的草地,從另一個角度降低西伯利亞地表的溫度,減少凍土融化。

對於Colossal公司而言,這項技術的另一個意義在於,幫助那些面臨滅絕風險的物種擴大棲息地、提高遺傳多樣性。目前,亞洲象處於瀕危狀態,它們面臨著兩大生存危機:皰疹病毒的侵襲,以及人類活動造成的棲息地減少與碎片化。而那些能適應寒冷環境的雜交象,則將在西伯利亞擁有廣闊的生存空間。

目前,Colossa公司的野心不僅停留在這些亞洲象身上。他們還希望在未來通過基因編輯技術,幫助更多瀕臨滅絕的物種重獲生機。

當然,對於Colossal公司的設想,並非所有人都表示認同。畢竟,生態系統往往牽一髮而動全身。對於西伯利亞地區而言,無論是這些龐然大物的突然出現,還是對當地植被型別的改變,都可能引起未知的後果。此外,遏制氣候變化已經迫在眉睫,但這個耗資巨大的工程要見成效,即培育出大量成年的雜交象,即使按照Colossal公司的樂觀估計,也需要至少20年。加拿大卡爾頓大學的助理教授Joseph Bennett就表示,相比於這種耗費巨大、影響無法預知的專案,減少排放才是抑制全球變暖的根本因素。

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無論如何,這個獲得了1500萬美元融資的專案已經啟動,那些披著長毛的大象是否會降臨世間,也將在幾年之後揭曉。而關於人類應如何使用基因編輯技術的討論,無疑仍將繼續。

參考資料:

[1] A New Company With a Wild Mission: Bring Back the Woolly Mammoth. Retrieved Sept 13, 2021 from https://www.nytimes.com/2021/09/13/science/colossal-woolly-mammoth-DNA.html

[2] Lab-grown woolly mammoths could walk the Earth in six years if geneticist’s new start-up succeeds.Retrieved Sept 13, 2021 from https://www.cnbc.com/2021/09/13/geneticist-george-church-gets-funding-for-lab-grown-woolly-mammoths.html

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[3] George Church: De-Extinction Is a Good Idea. Retrieved Sept 1, 2013 from https://www.scientificamerican.com/article/george-church-de-extinction-is-a-good-idea/

[4] Woolly mammoth rising: can we bring extinct animals back to life? Retrieved Mar 18, 2013 from https://www.theverge.com/2013/3/18/4119062/can-deextinction-bring-back-the-mammoth-passenger-pigeon-thylacine

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