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在全球科技竞争日益激烈、生命健康产业蓬勃发展的背景下,基因编辑技术作为一项具备前沿性、战略性、变革性的底层技术,日益成为科技创新的关键突破口和推动新质生产力的重要引擎。2020年,科学家凭借规律成簇间隔短回文重复及其相关蛋白(CRISPR/Cas)基因编辑技术荣获诺贝尔化学奖,将“基因剪刀”这一工具推至聚光灯下。如今,随着其在医疗、农业、生物制造等领域的深入应用,基因编辑不仅意味着科研范式的转型,更预示着人类社会或许将迈向一个全新的生物进化阶段。 从“改写基因”到“赋能未来” 基因编辑技术是指通过特定分子工具,对生物体内的基因序列进行“定点”修改,实现对遗传信息的精准操控。与其他传统基因工程技术相比,基因编辑更像是在生命蓝图中进行“按需修订”——既可删减某个有害基因片段,也可替换、插入新的功能性片段,实现更高效、更精准的遗传操作。 该技术的发展经历了多次变革,从最早的锌指核酸酶(ZFNs)和转录激活因子样效应物核酸酶(TALENs),到如今主流的CRISPR/Cas系统,科学家实现了从“专属定制”向“普惠应用”的跨越。尤其是CRISPR/Cas9系统,它结构简单、设计灵活、效率显著,可在细胞或动物中精准完成基因剪切、插入或删减,极大降低了基因编辑的技术门槛,带动了全球生命科学研究的爆发式增长。此后,技术不断迭代,碱基编辑器、Cas12、Cas13等新型系统相继问世,进一步提高了基因编辑效率和拓展了适用场景。 与传统“工具型”生物技术不同,基因编辑技术正逐步迈向“平台型”创新路径,成为支撑医学进步、农业增产、生物合成等多个战略方向的底层能力。基因编辑由此从科研附加功能转变为技术原生模块,其战略价值正加速释放。 正在重塑我们的生活 基因编辑作为21世纪生命科学的重要引擎,不仅将重塑医学健康产业格局,更将在粮食安全、生态保护、生物制造等领域催生新动能。 医疗健康领域是基因编辑最早落地、最具突破性的应用场景之一。长期以来,许多遗传病被视为“无法治愈”的难题,如镰状细胞病、β—地中海贫血、囊性纤维化等。如今,基因编辑技术让“精准治疗”不再遥远。通过提取患者细胞,进行基因修复后再回输体内,已经实现了对部分罕见病的功能性治愈。2023年,全球首个CRISPR基因编辑疗法药物获得欧美监管机构批准上市,标志着这一技术正逐步走入临床应用。 不仅如此,基因编辑也正在罕见病诊治、肿瘤治疗、病毒防控、疫苗研发等方面展现广阔潜力。例如,通过编辑T细胞以增强其识别癌细胞的能力,科学家正在构建个性化癌症免疫疗法;针对人类免疫缺陷病毒(HIV)、乙肝等病毒的基因编辑方案也已进入早期试验阶段,有望打破“终身携带”魔咒。2019年,美国食品和药物管理局(FDA)批准了首个体内CRISPR基因编辑药物的临床试验,用于治疗罕见遗传性视网膜营养不良Leber 先天性黑蒙10型(LCA10),逐步开启人类基因组“原位编辑”时代。 在公共卫生和分子诊断领域,基因编辑技术也展现出广阔应用前景。基于CRISPR的快速检测系统可以在不依赖复杂设备的条件下实现对病毒、病菌及核酸标志物的高效识别,为传染病早筛、疾病监测和应急处置提供强大支持。进一步提升疾病早筛与干预效率,推动由“以治病为中心”向“以健康为中心”的转变,为精准医疗和公共卫生安全提供强大的支撑和保障。 除医疗健康外,基因编辑技术还正为全球农业和畜牧业发展注入强劲动力。当前,全球面临气候变化、病虫害频发、土地退化等多重挑战,而传统育种手段周期长、效率低,已难以支撑可持续发展需求。借助基因编辑技术,科研人员已成功培育出耐旱水稻、抗病小麦等多种优质作物,不仅提高了农产品产量与品质,也显著增强了农业系统的韧性和适应能力。与传统转基因技术相比,CRISPR等新一代基因编辑方式不含外源基因,安全性更高,有望获得更高的公众接受度和国际市场准入机会。 与此同时,科学家正在利用基因编辑技术研究如抗疫猪、抗病毒鸡等遗传改良新品种,有望提升动物福利、降低疫病风险、提高养殖效率。未来,基因编辑还可应用于食品营养强化、减少过敏原等多个方向,深度重塑食品安全与人民消费体验。 在生物制造领域,基因编辑技术通过对微生物或细胞工厂基因组的精准干预,可显著提升生产效率与产品质量、降低环保成本,从而加速推动传统制造向绿色、高效、精准化方向转型。例如,通过多模块代谢工程优化的大肠杆菌菌株,可显著提高缬氨酸产率,适用于动物饲料添加剂市场,是基因编辑赋能工业发酵的典型实践。 技术跃迁背后的风险 作为精准干预生命遗传信息的“分子手术刀”,基因编辑技术不仅在医疗健康、农业生产和生物制造等领域展现出广泛的应用前景,也被寄予推动生物技术变革的深切厚望。然而,这一技术并非“万能钥匙”,其快速发展的同时也伴随着一系列伦理规范与治理机制的挑战,已成为全球科技竞争和规则制定的重要前沿领域。 首先是技术本身存在脱靶风险,即编辑工具可能靶向到非目标基因位置,从而带来不可预知的生物学效应,显著增加其在临床应用中的安全隐患。其次,涉及人类胚胎或生殖细胞的可遗传编辑更被视为伦理“高压线”。 此外,大规模基因编辑还可能引发生物与生态安全隐患,一旦编辑过的生物意外释放入自然环境,可能对生态平衡带来不可逆影响。在社会层面,基因优选、基因歧视等问题也需引起重视,防止技术演变为加剧不平等的新工具。 技术创新与规范应用并驱同行 基因编辑技术的健康发展,离不开规范框架的约束与技术创新的驱动。在规范治理层面,国际社会已形成共识并积极行动。世界卫生组织(WHO)发布《人类基因组编辑管治框架》《人类基因组编辑建议》,美国国家科学院联合多国发表《可遗传人类基因组编辑》报告,均明确了技术应用的边界、伦理原则与监管路径,严令禁止生殖系基因编辑的临床应用。我国也在不断完善治理体系,2024年发布的《人类基因组编辑研究伦理指引》,明确提出“增进人类福祉和促进社会繁荣”的治理原则,对研究资质、审查流程、信息披露、公众参与等作出具体要求,力求实现技术进步与道德责任的有机统一。 从技术迭代看,科学家正持续优化基因编辑工具,开发更高精度的新一代编辑器,并探索与人工智能、大数据的融合,以提升靶点筛选、脱靶预测、递送系统设计等能力,推动技术向更安全、可控的方向发展。在产业转化层面,需引导企业强化合规意识,建立数据安全、产品可追溯、公众沟通等机制,推动基因编辑产品高质量发展。在规范治理方面,要坚持底线思维和系统观念,统筹科研创新与伦理建设、技术进步与制度设计协同发展,推动建立全过程、全链条、全社会参与的综合监管体系,确保技术发展始终沿着可持续、可接受、可治理的轨道前行。教育领域则需同步加强科普,提升公众科学素养与风险认知能力,筑牢社会基础。 总之,面对“生物智能时代”的到来,我们需加大基础研究和原始创新投入,强化高水平人才队伍支撑,完善伦理法规与政策体系,加快关键技术和成果转化。以审慎包容、积极稳妥的态度推动基因编辑技术安全可控发展,方能在全球科技浪潮中赢得先机、把握主动,让基因编辑真正服务于人类福祉。 (作者系中国科学院动物研究所研究员) (责编:田旭)
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