腎不夠用，換個豬的？科學家又朝這個目標前進了一大步！

感謝器官移植技術的發展，器官衰竭病人有了延長生命的新希望。然而數十年以來，器官資源的短缺一直是移植手術繞不開的話題。中國是全球器官捐獻率最低的國家之一，而在美國，平均每天亦有22位病人在等待器官移植中死去。可移植器官的大量缺乏不僅使得人們難以負擔等待過程中的治療費用，由此衍生的黑市交易也帶來了更多的社會問題。

生物學家一直致力於尋找移植用器官的替代資源，人捐的器官不夠用，用其他動物的怎麼樣呢？你可能馬上會想到非人靈長類。可惜這些人類近親們要不是已經瀕危，就是器官大小與人類相距太遠。生物學家認為理想的器官供體應該源自一種經過長期馴化的動物，而它們的器官又恰好要與人體器官體積相似。在眾多動物中，家豬脫穎而出了。

不過，豬畢竟不是人，異種器官移植需要解決各種各樣的安全問題。豬基因組中攜帶的豬內源性逆轉錄病毒（porcine endogenous retroviruses, PERVs），就是其中一個備受關注的潛在威脅。這些病毒能夠將自己的基因整合在豬基因組各處，可能進而感染人類細胞。想要利用豬器官，科學家們就必須解決這一問題。

豬內源性逆轉錄病毒（PERV）的生活史示意圖。這些病毒能將自身的基因整合到豬細胞的基因組中，並利用豬細胞的資源製造病毒蛋白質。圖片來源：參考文獻[1]

近日，哈佛大學喬治·徹奇（George Church）的研究小組取得令人欣喜的進展：利用CRISPR/Cas9基因編輯技術，他們成功地在豬基因組中使這些病毒基因失效。這一成果近日發表在《科學》上[2]。

CRISPR/Cas9是一套非常厲害的「編輯器」，由內切酶Cas9和一條「導向RNA」（guide RNA）組成。導向RNA像粘扣帶一樣跟目標DNA結合上之後，Cas9會挪到目標區域把DNA鏈減短。在DNA修復機制把斷掉的DNA連上之前加入新的一段模板序列，被修復的基因就帶上了研究者設計的DNA。這樣，人們就可以依據自己的需要改變某些基因的序列。

CRISPR/Cas9技術的工作原理。導向RNA（Guide RNA）將內切酶Cas9蛋白引導至基因組上需要編輯的區域，內切酶會在基因組上切除缺口，此時DNA修復系統會根據攜帶突變的修復模板（Donor DNA）進行修復，最終將突變序列（Indel）引入基因組造成基因失活。目前這一技術已經被廣泛用於多種生物的基因編輯。圖片來源：參考文獻[3]

2013年，當30歲的神經生物學家張鋒首次利用這種系統進行細胞基因編輯實驗時，他可能不會想到這一技術能在多大程度上改變這個世界的面貌。近兩年來，CRISPR/Cas9技術被廣泛用於各個物種的基因編輯。從對常見模式生物（如大腸桿菌或小鼠）的基因編輯，到更為廣泛的遺傳疾病治療研究，這一技術正在生命科學領域引起極為深刻的影響。

那麼，喬治·徹奇和他的課題組做了什麼？

所謂擒賊先擒王，要消滅這些豬病毒，可以針對它的一個關鍵基因：pol。這個基因編碼一種逆轉錄酶，讓病毒能夠藏進其他物種的基因組裡。這個基因狡猾得很，在一種豬腎上皮細胞里，它足足在基因組中留了62套備份。要挨個消滅它們，太麻煩了。

好在研究者也有妙招：這個基因太重要了，容不得亂改，所以不管有多少份，都差不多一樣。利用前面說到的編輯器，徹奇和同事專門針對這個基因設計了一枚定嚮導彈（也就是一條合適的導向RNA），試圖一口氣消滅一大片。

這個史無前例的大規模編輯成功了。在實驗中，在約10%的細胞中，97%-100%的pol基因都被這研究者的導彈轟成了渣——用這樣的豬腎細胞去感染人腎細胞，病毒的感染效率被削弱了近1000倍，幾乎沒有了惹事的能力。

而由於CRISPR/Cas9的打擊非常精確，經過確認，這番聲勢浩大的修改並沒對目標區域以外的基因組產生任何影響。

雖然並沒有足夠證據證明PERV這種病毒會對人類造成嚴重影響，但確保我們具備消除這種潛在威脅的能力，無疑更令人放心。喬治·徹奇令人驚喜的研究成果，讓人們在利用豬器官作為器官供體的道路上前進了一大步，

當然了，我們離最終的目標還很遙遠。由於目前還沒有可用於培養的豬胚胎幹細胞，想要利用這一研究成果卻繁殖不攜帶這種病毒的豬，人們還需要藉助克隆技術。遺傳學家可以分離出經過編輯的細胞核，並將它們重新植入豬受精卵中。可想而知，這樣複雜的操作必然會增加製備器官供體的成本。更別說排異反應還在更遠的地方等著。但值得慶幸的是，全球科研人員在此方向上的努力，一刻都沒有停止。

也許在不遠的未來，它們將成為安全便利的器官供體，去拯救千萬人的生命。圖片來源：shutterstock友情提供

（編輯：Calo）

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