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基因組編輯發展現狀與可能應用

  • 林育中
基因組編輯技術現在已開始進入人體治療測試階段,不僅是先天遺傳疾病、癌症甚至是病毒感染都有基因組編輯技術可以著力之處。(圖片來源:Pixabay)

基因治療(gene therapy)自從基因組編輯(genome editing)技術出現後取得快速進展,原先基因治療有如散彈槍般碎片四散可能傷及無辜,也可能因命中率低而功效甚微;基因組編輯利用引導序列(guide sequence)可以將一段基因從一特定位址精確的擊出(knock out)或擊入(knock in)以達到治療的目的。

基因組編輯基本上是利用CRISPR/Cas9的機制。CRISPR(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat;常間回文重複序列叢集)原來是細菌或古菌的後天免疫系統,當細菌捕獲入侵的病毒後,會剪輯留下病毒的一個DNA片段當成記憶,做為未來免疫防衛之用,有如人體的抗體。Cas9是一種叫內切核酸酶(endonucleases)的蛋白質。這兩種物質組成的系統可以用來執行基因組編輯的功能。

基因組編輯技術現在已開始進入人體治療測試階段。2016年10月大陸四川大學盧鈾博士以及其團隊於成都的華西醫學中心以基因組編輯製療肺癌,基本上是修改病人免疫系統中對免疫反應踩煞車的基因片段-癌細胞利用它來躲過攻擊,讓它回復攻擊癌細胞的本能。2017年,大陸北京大學亦啟動基因組編輯對抗膀胱癌、前列腺癌和腎臟癌的人體測試,美國賓州大學隨後亦開始基因組編輯的人體測試,《Nature News》戲稱這是生醫界的Sputnik 2.0[1],由此可見基因組編輯在應用科技的象徵重要地位。

基因組編輯在醫療的進展遠超過上述癌症的治療,最近重大的進展還包括對囊性纖維化(cystic fibrosis)、酪胺酸血症(tyrosinemia)、黑色素瘤(melanoma)、乙型地中海型貧血症(beta-thalassemia)、白內障(cataracts)、人類免疫系統缺乏病毒(HIV)、鐮狀細胞貧血症(sickle cell thalassemia)、B型肝炎病毒感染(hepatitis B virus infection)、杜顯氏肌肉萎縮症(Duchenne muscular dystrophy)等病症針對影響病情的基因-如HIV中的T細胞-進行基因組編輯[2]。從這一長串的名單來看,不僅是先天遺傳疾病、癌症甚至是病毒感染都有基因組編輯技術可以著力之處。

可能的醫療應用還包括抗生素。自1911年第一種抗生素Arsphenamine問世後有近150種抗生素先後上市,但目前由於細菌快速演進的抗藥性,醫療界已面臨最後防線(DoLR;Drug of Last Resort)的問題。基因組編輯可以用於攻擊病菌中的毒性基因,或者擊出病菌中的致病基因或抗藥性基因,最近已在對付金黃葡萄球菌(staphylococcus aureus)的抗藥性上取得成功。

基因組編輯醫療基本上是尊重基因在演化長河中發展出的功能,修復被病毒、癌細胞操控的基因功能或者是基因突變後的功能損傷,與傳統醫療的思維大相逕庭-特別是用合成藥物的治療,我感覺這個變化近乎典範移轉。基因組編輯醫療勢必會引發整體醫療和製藥產業的重大變革。找到適當區位、依托產業變動切入生醫領域,這比進軍幾個大藥廠已盤根錯結佔據的製藥產業要相對簡單,這是台灣的機會!

注:

[1]Sputnik是1957年由蘇俄領先發射美國的人造衛星,美國大受剌激,從此兩國展開太空競賽。

[2]Biochem., Mol. Biol., Vol.3, No, 3:14 (2017)

現為DIGITIMES顧問,1988年獲物理學博士學位,任教於中央大學,後轉往科技產業發展。曾任茂德科技董事及副總、普天茂德科技總經理、康帝科技總經理等職位。曾於 Taiwan Semicon 任諮詢委員,主持黃光論壇。2001~2002 獲選為台灣半導體產業協會監事、監事長。現在於台大物理系訪問研究,主要研究領域為自旋電子學相關物質及機制的基礎研究。