第440期【齐悦读—线上共读—透视新科技】“齐悦读”[线上共读] 《不一样的基因工程》
讲座题目：透视新科技——不一样的基因工程
主 持 人：胜 春
做客嘉宾：叶 盛，北京航空航天大学教授。
叶 健，中科院微生物研究所研究员。
讲座时间：2023年3月20日～3月26日
（备注：讲座视频可循环播放）
透视新科技——不一样的基因工程
讲座内容：
各位好，欢迎收看我们今天的《透视新科技》，我是胜春。今天我们跟大家聊一聊基因技术，我们可能经常会听到身边的一些朋友，患上了遗传性的疾病，无法根治。那既然这些疾病是跟基因有关的，我们是否可以通过基因技术来解决呢？接下来让我们一起走进今天的节目。世界上每年因遗传性疾病死亡的患者中，儿童占了非常高的比例。而一旦患上地中海贫血、血友病、先天性聋哑等遗传性疾病，不仅会一代代地遗传下去，而且无论打针还是吃药，大多数患者的一生都摆脱不了病痛。近些年来，我国科学家对一些遗传性疾病进行基因干预性治疗后，取得了安全有效的成果。那么，基因是什么？基因工程技术在遗传性疾病治疗中发挥了哪些作用？好，短片过后，欢迎来到我们的演播室当中。首先，我们为大家介绍一下，我们今天请来了两位嘉宾。第一位，是北京航空航天大学的叶盛教授，欢迎您！主持人好！观众朋友们好！另一位是中科院微生物研究所的研究员叶健，欢迎您叶先生！主持人好！观众朋友们好！
刚才我们通过短片，已经看到了一些关于基因导致的一些疾病。其实基因这个词在我们生活当中，我们经常会提起，比如说我这点随我父亲，随我母亲，我基因就有问题，但两位能给我们先解释一下基因这个概念吗？这个词早先的时候，在人类还没有发明这个词汇之前，其实也有一个说法，我们叫遗传因子，其实这两者呢，基本上是等价的，所以你从遗传因子这一点上，你就可以知道它是什么意思了。首先，它是可以遗传的，实际上它是可以从你的父亲和母亲那里各拿来一份，然后遗传到自己身体。这个遗传的这个特性呢，就是它的第一个最重要的特性。基因最重要的是什么呢？它其实是一个信息，它编码着整个我们这个控制这个身体方方面面的性状的，这样一个信息，所以我们有个词叫遗传信息。这个遗传信息在哪呢？就存储在基因里面，其实像我们表观的很多东西，像这个长相啊，还有像这个高矮胖瘦啊，包括你对于一些疾病的易感性，是不是比较容易患上这种疾病，包括可能我们常说的性格啊，这个能力的一些方面可能都是跟这个基因是有很强烈的联系的。
很多人在理解基因的时候，除了这个基因的遗传，包括刚才您提到的高矮胖瘦之外，我们更多地会把它想象成是不是它就像码，或者积木一样排列在那里？那基因的特点是什么样？您能给我们解释一下吗？首先是可以精确遗传的，然后精确遗传意味着什么呢？你可以跟父亲或者母亲，或者是爷爷这个DNA（脱氧核糖核酸）遗传因子，它具有很精确的这个遗传性。另外，跟遗传性一样的这个，它的一个硬币的两面，就是它的可变异性。这可变异性，其实也就是在DNA（脱氧核糖核酸）它遗传过程中，遗传因子遗传的过程中，它会发生一些（遗传信息）交换，发生一些变异，这变异呢？其实也正是给我们人类适应环境提供了一个很好的，这个遗传因子的这个机会。比如说我们说的人类，他这个逐渐地这个从古人类进化到现在的人类。还有一些现代的人类，学会更多的这个技能去战胜自然，去适应新的环境，这就是它的两个方面。一个是精确的遗传性，还有一个，就是这个可变异性，这是最主要的一个特点。那第二个特点，它就是这个作为这个基因，它是一个储存遗传信息，特别好的这个介质。为什么那么说呢？
就相当于我们人类基因组有33亿个碱基的密码，它呢就储存在我们的细胞里面。它能小到什么程度呢，染色体上面的差不多就6个微米那么大。所以就打个比方，就相当于我们有一本书，就是横跨着长安街，长安街10里（5千米）的路，10里（5千米）的这么一个大的书，我们把它压缩在我们的一个手指头上面的这么一个概念，就相当于压缩成这么手指（体积）大小的这么一本书，所以它这个遗传信息的这个高储存量，实现了这个我们的信息的，这个很有效的传播的这个特点。第三个特点，基因就相当于一个蓝图。它给我们人外貌这么一个大楼，大楼房，提供一个建筑的蓝图。所以，表现形式我们看到的，很多就是我们说的这个蛋白质以及其他的这些自身代谢物，一些物质，这么一个概念。基因是遗传信息的基本单位，它就像计算机里的代码。它不仅储存着我们的长相、身高等外部特征信息，也调控着我们生长、运动等功能信息。那么，从出生之日起，基因是否就能决定我们未来的一切呢？
叶盛老师，你的父辈和祖辈胖吗？这是一个很好的问题，您看我父亲他现在也年纪大了，稍微有点胖。但是他年轻的时候就很瘦，可是大家都知道，像我的父辈，他们在年轻的时候是吃不饱肚子的，对吧？那个时候还不是说大家都能像现在一样，每天都可以吃得很饱。有的时候人会有一种依赖的心理，觉得我可能是无法改变的，因为基因的作用。但两位专业人士提到了一点，基因不是绝对的，我觉得两位有必要给大家再解释一下。为什么说基因不是绝对的？这个其实我们举个例子，我们就讲这个先天性心脏病的这个问题。其实从我们先天性心脏病（患者）他的这个基因，我们说父母来的这个基因影响，最多就是占到8%的这个概率，剩下的92%，那就是他（患者所处）的环境。比如说怀孕的时候，父母双方的这个生活习惯是不是饮酒？是不是抽烟？然后还有她的孕期，她的饮食各方面，包括这个环境的装修，各种各样的因素，都会导致这个（先天性心脏病）的发生，所以，我们经常讲环境是它（先天性心脏病）的触发器。我们基因，其实它只是他的遗传物质。它只是在那边，然后需要一个触发器。这个触发器，可能就是跟我们的生活习惯，环境因素来综合发生的作用。对，就是基因一定要跟环境共同起作用，才能够影响一个生物体最终的性状。就是我们不要以基因为借口，放弃了个人的努力。
对对对，因为以前有一个我们可能以前常提的词，现在不怎么提了，叫基因决定论。我们都知道基因决定论是错的，你绝对不能说基因就决定了什么什么，但实际上我们今天随着科学的发展，随着我们在分子层面的认识越来越多，我们已经从很多方面知道为什么我们不能这么说。就是以前如果说只是一句口号，那我们今天已经有确切的科学证据，知道基因为什么不能够决定一切。其实就像刚才叶健老师，已经讲的很清楚了，它要跟环境共同起作用。基因决定了什么？它其实决定了一个细胞或者说决定了一个生物体，当它面对外界环境的某种刺激的时候，比如说这个你的营养水平的改变，比如说你生活习惯的一种变化，比如说像吸烟造成的各种有害物质的侵袭，当你面对这种刺激的时候，你的细胞会做出什么样的反应，你的身体会做出什么样的反应，这个反应是由基因去编码决定的。可是我们想想，如果没有外界的那些刺激，你那个外界环境的刺激不来的话，那么相应的后续的结果（一般）就不会发生，所以说这两者必须要共同起作用才行，绝对不要陷入这个基因绝对论的这个怪圈，不是说基因决定了一切。像我这样的胖子，这个是完全可以不（拿基因当借口），通过自己的锻炼是可以瘦得下来的，这就是我们今天聊这个话题。永远不要把锅甩给基因。主要的意义，不要甩锅给基因。
那你比如说我们在生活当中经常会听到，我父亲就有这个病，那我也得了这个病。比如说先天性心脏病啊，遗传性的这个糖尿病啊等等等等，那这是我们这个遗传性疾病的患者，他的基因到底出了什么问题呢？之所以生物会不断地进化，不断改变，其实它的物质上的基础就是那个变异。所以大家要知道变异这件事并不可怕，其实在我们就当下此时此刻，在我们每个人的身体的每个细胞里，就在发生着这样的事情。因为我们的DNA（脱氧核糖核酸）总是不断地会发生各种各样的损坏。然后呢，还在不断的修复，大家知道的不断修复，但是里边修复不了的可能就成为变异了，那么我们想象一下，如果说跟我们的某一个生理功能紧密相关的这样一个基因，它因为变异出了问题了，然后呢，这个变异发生在哪呢？恰好发生在我们的生殖细胞里，比如说发生在精子里、卵子里。那么当这个精子、这个卵子用于产生下一代的时候，那么这个孩子他出生的时候，先天的他的身上的这个基因就已经出了问题了。那么这个变异所导致的问题，有的时候是致命的，所以我们有时候看到说，莫名其妙的这个孩子怎么流产了，或者是早产了等等问题，有时候可能是由于基因造成的。但是还有一些基因的变异可能不是那么严重，就是没有到药命的程度，但它影响了你健康的某一个方面。这个时候当这个孩子出生下来，长大的过程中可能就会体现出某种疾病了。这个往往就是您说的这个所谓的遗传性疾病是怎么来的？其实就是因为他的先天获得的基因中已经发生了一些变异。
疾病几乎伴随着每个人的一生，但他们的发病原因却千差万别，已有的医学研究表明，绝大多数的疾病都和我们从父母那里继承来的遗传信息有着千丝万缕的关系。如果人类基因组上某些特定的基因因为环境因素，出现了DNA序列的遗传改变，使得人体某种生活活动出现异常，我们就称其为遗传性疾病。你看对于这个基因的概念我们有了一定的了解，但一说到基因工程，一提到工程这两个字，我们总是跟这个身边的建筑相关的。那基因工程这个概念，两位怎么能够形象的解释一下？我们的基因就像这个我们的一个“草图”，是吧，它对应着我们的表型，就像我们人的外表。有些疾病，它是因为DNA导致的遗传密码它有突变，就相当于它那“草图”上有个地方坏了，然后它表现出来的症状，所以，就可以去把它通过各种方法，然后把它给修复回来。就相当于有一扇窗，可能它掉了一个螺丝，我再把它给修复回来，这就是我们说的用基因工程来治疗一些疾病的一个基本原理。比如某个人得了什么病，我们吃什么药或者做手术，这是我们可以眼见得着的，但是如果采用这种基因干预的手段，我们使用的是是什么样的工具呢？
基因干预的手段，其实它的目前，经过我们应该是几十年的科研工作者的工作，它的手段应该是已经很丰富了。比如说最早的时候，我们就是说一些基因治疗，通过这个我们的一些病毒载体，通过各种各样的手段，把这个坏的基因用好的基因给它替换了。这就是一个以前很多年一直来用，而且现在已经取得了一些成绩的这么一个手段。镰刀型细胞贫血症是一种隐性基因遗传病，它是因为患者染色体中编码血红蛋白的基因发生变异导致的，像这种先天性的遗传性疾病，虽可以对症治疗，但却无法根治。上个世纪80年代诞生的基因工程技术，给患有像镰刀型细胞贫血症的遗传病患者带来了新的希望。基因治疗是基因工程在临床治疗上的一种新技术，科学家正将正常基因引入患者细胞内，以替换缺陷基因而根治疾病。从首次应用于人体已经过去了近30年，但是直到今天，基因治疗技术还仅仅局限于，对最简单的基因遗传病进行治疗，而距离真正的精确修复致病基因还有漫漫长路。
那目前呢，还有一个最新的手段，我们叫基因组编辑。基因组编辑呢，就是当我们对这个基因了解的更清楚的时候，我们可以精准地编辑到一个密码，对它进行把坏的，把它给修复成好的。基因这个其实就好像是一很长的一串代码似的，因为我们的基因的载体，是在什么上面呢？是在这个脱氧核糖核核酸就是DNA上面，至少对于地球上所有的细胞生物来说是这样的，那么这就是一长串代码，上面只有四种字母ACTG。那么当里面有一个字母错了，这个错就是一个变异，它就可能导致疾病了。那么我们现在说的基因编辑呢，其实就属于基因工程的一类。就属于我们能够很精准地像刚刚叶老师说的，我们能很精准的去把这个坏掉的字母，错掉的字母去做一个编辑。那么这就是一个比较高级的，现在比较前沿的这样的一种基因工程的技术，那么这个呢是一种治疗手段。那么其实在以前的话，我们还有一些可能稍微低等一点的基因工程技术。比如说我们可能整个基因去做一个操作，比如这个基因出问题了，我把它整个破坏掉，这个也叫做基因工程。总而言之就是我们可以通过各种各样这样的手段对基因做一些影响，然后呢，让它能够发生改变，然后让这个改变能够去治疗疾病。
能不能再给我们详细的通俗给我们解释一下，这个基因工程到底都能做哪些事？跟我们普通人的关系是怎么样的？这些年，应该说是比较热门的这样的一个技术，叫CAR-T技术。它所针对的主要也是一类癌症，不是全部癌症，是癌症中的一类。具体来说的话是一些白血病、血癌，那么它是有一定的疗效。它是怎么做呢？它是把这个病人的一些免疫细胞从这个身体里面拿出来，然后通过基因工程的方法，对它进行一些基因上的改造。改造之后的这个免疫细胞，它就能够去识别那些癌细胞，而且它能够去攻击那些癌细胞。然后我们在体外，在实验室的环境里面，把这些经过基因工程改造的这样的白细胞进行大量的扩增，然后把这些白细胞再输回到这个病人的体内。然后，这个病人里面的，身体里面的癌细胞，最终能够被这样的白细胞给它清除掉。那实际上这个方法呢，CAR-T这种方法，现在已经取得了一定的成功。有一个案例是这个遗传性的眼疾、眼病啊眼疾，那个编辑了一个叫LCA10（莱伯先天性黑蒙症10）的这个基因，然后，它也成功地缓解了我们的这个眼疾。现在大家可能经常听到叫做精准医疗，实际上我自己是从这个北京航空航天大学的大数据精准医疗高精尖创新中心，我是在这工作的。那这个大数据是什么呢？其实就是咱们基因组的数据，这个基因层面的问题在哪？我们就能够去精准地去治疗这个疾病，就能够用更少的成本让这个病人不再那么痛苦，就能用更短的时间去把这个疾病治疗好。这个其实是我们国家未来在这个医疗领域的，一个非常重要的这样一个发展方向，实际上也是全世界的一个发展的一个大的潮流和趋势，所以我们叫做大数据精准医疗，其实这个就是我们利用基因工程，这样的技术能够去造福人类的一个重要的方面。
我想我们电视机前观众听到这儿，我觉得这是一个非常好的一个消息，我们通过对基因工程的这个研究呢，用基因的手段来改变人体的健康状况，不用吃药、手术、打针等等过去传统的方式了。但是同时我们会担心一点，这种基因编辑或基因工程技术真的像《神笔马良》，这个动画片里那样就刷一笔，就把这个病给除去了，这里面有没有风险？这个风险呢，是科学家其实一直在关注这个问题，就是说从这个基因工程，我们说涉及到人类的这个基因工程，一开始触碰到这个问题的时候，大家就很关注，所以呢对于这个生物伦理的问题，这是我们国际上面也都是最关注的一个问题。但是更多层面，我们觉得更多层面，随着这个科技的不断发展，特别我们想着，这基因组精准编辑的这种技术，它的这个理论不断地得到突破以后，就是能够让我们把这个风险降到最小。那我们可以说，比方说我们前面讲的基因组编辑技术，那我们就可以定点很精准到一个碱基的这么一个，一个密码的这个修改，就是ATGC这么一个密码的修改，这就是我们说的这个基因，这个我们说的干预技术，它是一个很重要的一个前沿科学技术。
我们怎么去评判你对某一个基因，进行编辑的时候的这个风险是什么？其实要每个基因每个基因分别去进行讨论，那可能在这个基因上我们当前的科学研究了解的已经比较多了，我们全面性知道，它的功能是什么？有时候有基因，还有多种不同的功能，那么它每一个功能是什么？如果我们改变它，它对于它的每一个功能的影响是什么？那我们知道这个时候就比较好去评估它的风险，如果说这个基因，我们现在科学界、学术界了解得还很少，我们只是大概知道它的功能是什么？在这种情况下，如果你贸然去谈基因编辑，你去修改它，你认为你做的是一件有意义的事情，可是它潜藏的某一个我们还不了解的功能，可能就会受到影响。那么带来的后果有可能就是灾难性的。就是我们至今依旧不能够对所有的基因，别说所有的了，我们了解的只是一小部分。对，对。那我想问的是，我们国家对于以预防疾病为目的，这个基因干预相关的政策是什么样的？
我们基本上可以把它分成两类的，这个基因干预，然后我们说的基因组编辑，其实基本上分成两类，第一类就是对我们的体细胞，体细胞是什么概念呢？我们先讲生殖细胞，生殖细胞呢？你可能编辑完了以后，你对后代也是有作用的，因为它会传染到你整个家族，它都会有影响。但这个呢？它就会风险比较大，目前呢？我们国家呢？在这一类的这个基因组编辑，或者说我们基因干预上面呢，是很谨慎的，那基本上目前是没有开这个口的。然后，对于我们前面讲的体细胞编辑这个过程，我们现在目前国家呢，它还是鼓励去做这方面的研究，包括我们的像这个2016年，我们四川大学的有一个研究，它就是把这个我们人体里面的这个血液里面这个血细胞拿出来以后，把这个癌症相关的一个研究吧，然后就把那个这个癌基因把它给抑制了，把这个免疫激活了。所以再又把它放回去，那从而实现呢对他的那个癌症的这种抵抗的能力，和自己的这个免疫的修复能力，这个是一种我们说的国家还是很鼓励这方面的研究的。而且这个要经过严格的伦理监测，然后申报各种各样的这个手续，还有最后面还是它的整个过程那都是严格监控的。然后，而且科学家呢，他也要坚持一个科学的公开公平，还有公正的这个原则，包括整个社会大家都参与到这里面来。
对于您刚才讲到了，对于我们国家对于基因工程技术相关的政策呢，还是抱着一个非常严谨的状态的。那从国际上来讲有没有这种共识？我觉得在这里就是关于医学和生物学，其实我们有一个总说一个词叫伦理，这个伦理可能跟大家理解的还不太一样，一般人的理解好像就是简单的是一个道德问题，其实它不完全是这样。你像很多的大学，它其实是有专门的人员研究这个生物学和医学的伦理问题，那这个到底它指的是什么呢？这里面有一些原则，比方说最简单的，你所做这个研究，你所做的这个实验，或者是你所采用的这种治疗方式，它是不是以一个救治病人，去解决一个疾病的问题，这样一个目的为这样一个出发点吧应该说。如果说你这个研究是有这样目的，那好这样的研究，是至少是值得去做的，然后我们再来讨论说这里面是不是有一些风险？然后是不是有一些不可知的这样一些结果？我们再去讨论，那像你刚刚说的，这个叶健老师已经说，为什么我们国家现在对于这个，就是最初的这个生殖细胞这样的一个基因编辑，我们现在是持着一种非常非常审慎的态度。包括国际上很多国家也是在禁止这件事情的，为什么？就是因为当它还只是一个生殖细胞的时候，它还不是一个人，你去谈什么疾病呢？这些都还不存在这些问题，那么我们这个时候，其实是没有任何必要性去做这件事情的，反而是你可能会带来很多很多的风险。
肝癌、白血病等等，这些让人胆战心惊的疾病。如今在基因工程技术的干预下，能够得到救治，让更多的患者看到了希望之光。但同时，基因工程技术的进步发展，也面对着更多更大的挑战，海量未知的基因，等待着科研工作者去挖掘、探索，这些会成为限制基因工程技术发展的因素吗？基因工程技术未来又将怎样发展？目前，我们国家对于基因工程技术的这个研究遇到了哪些瓶颈呢？我们国家的这个基因组编辑技术在国际上也是领先的，大家碰到的共同问题呢？第一个就是提高（实现）它的这个更精准，精准以后呢，我们更多的其他的那些不利的这些因素，我们可以尽量避免。那第二个就是我们说的现在这个我们的，前面叶盛老师讲的，我们不可能把它每一个细胞都变过来，那有没有这样的技术？我们真的能实现对这个整个基因进行干预以后，能把这个病痛减少到最小的层次，这个这就是我们科学家在不断地在努力去做这个事情。那第三个呢，就是大家对于这个基因组编辑这些法律和伦理，能不能在国际层面上就是各个国家达成一个共识。我觉得还有一个方面，就是我们对于这些基因的功能到底知道多少？
其实可能大家都听说一个词，叫人类基因组计划。在2003年的时候，是基本的草图算是绘制完成了。但是大家可能不知道的就是，对于人类基因组这部“天书”，我们刚才说了是33亿对碱基，那这里面有多少基因呢？我们现在认识是两万个（左右），接近两万个基因，那么，对于所有这些基因的功能到底是什么？其实直到今天，我们全世界的生物学家仍旧在研究这个问题。所以我觉得这个基础研究目前是一个很大的一个瓶颈，也是很值得我们这个我们现在国家去大力发展这方面的研究，包括这个大数据的筛查。未来呢，我们的基因工程研究在一个良性的，有序的，可控的环境之下发展，未来将会是怎么样的？两位能给我们预测一下吗？未来的潜力特别巨大，但是呢，我们想能想到的，对我们人的健康的这个好处呢，我们可以说是遗传性疾病在我们对每一个这个我们的两万多个基因，人体的两万多个基因都能了解的情况下面呢，那我觉得我们这些很多的遗传疾病，都可以把它扼杀在这个萌芽之中。而且呢还有一个前面叶老师提到的很多的环境因子，它发挥作用也是通过基因来实现，对这个我们的这个生物性状疾病的影响的。那我们了解了，还有更多的这个环境易感性，这些因素了解了更多以后，也是能够降低我们这个发病的概率，比如说痛风，比如说我们的乙肝，更多的（比如）肝癌。这些呢，它都是跟环境有关的这些因素，所以呢我觉得这是一个很重要的一个方面。
就是对于我们自身的基因的功能，其实整个这个认识一直在不断地往前发展。那比如说我们现在知道，像一些我们所说的所谓的富贵病，比如肥胖症，比如说糖尿病，包括这个非酒精性的肝炎，那么这些呢，我们都认为它可能跟我们的基因有一定的关系。只是我们现在的认识还不清楚，那么这个呢，可能也是未来在遥远的未来了，等我们把这些问题都搞清楚，那么作为基因治疗可以去发力的一个方向。好，那今天非常感谢两位专家来到我们演播室当中，共同跟我们探讨基因（工程）这个话题。其实我们一方面呢非常渴望我们科技不断地发展，使之同时，我们也对科技发展有所担心。我相信科技的发展，一定是跟我们人类对自然、对世界的认知应该是同步的。感谢各位收看我们今天的《透视新科技》，我是胜春，咱们下期节目再见。
（通讯员 邓辉）
