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衰老逆转、复活猛犸象、脑移植……哈佛大学遗传学家眼中的人类未来

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 Emma Chou • 2018-07-21 10:50:54 来源:前瞻网 E2811G0
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前瞻经济学人

图片来源:Medium

对于一个扮演上帝的人来说,乔治·彻奇(George Church)看起来就像那一类人。在过去的45年里,有着浓密白胡子的哈佛大学遗传学家已经发表了数百篇论文,并获得了数十项专利,扩展了我们阅读、编写和编辑DNA的能力,这也是生活的代码。他是第一批将基因编辑工具CRISPR应用于哺乳动物细胞的人。彻奇和他不拘一格的实验室已经将生物工程推向了多个方向,展示了如何利用它来复活猛犸象,消灭携带疟疾的蚊子,制造能够清洁大气的细菌,甚至可以检测出从太空中摧毁我们的一些暗物质。但我们想与彻奇谈论人类的未来,为此,他思考猪的器官,约会应用,培养皿中的大脑和人工智能。

你对人类充满希望吗?

乔治·彻奇:如果你向太空望去,到目前为止我们所看到的都是冰冷无生命的岩石。我非常担心这不是一个很好的替代性选择,因此我们需要尽我们所能来保护我们的物种,直到我们得到一些证据证明那里的东西是那么好。甚至还不清楚,如果我们消失了,猿类或鱿鱼是不是就会占据我们的位置。我想得更多的是,100年后这些物种的几率是多少?我也不知道。

很多人都希望延长他们的寿命。你有什么方法可以延长寿命?

根据一些评论文章,有九条途径。如果认为有灵丹妙药,一些简单的食物或药物,或者自制的食物,那就太天真了。一个关键途径是减少炎症。有抗炎蛋白可以局部或全身递送。另一种途径是恢复线粒体中的功能,线粒体是细胞的发电站。 TFAM是我们已经展示的蛋白质的一个例子,如果你增加它,你会得到高水平被线粒体使用的小分子。随着年龄的增长,端粒缩短,DNA保护染色体的顶端端。 TERT是在染色体末端添加碱基对的酶。因此,如果随着年龄的增长而变弱,那么你可以额外增加。有关能延长寿命方法的名单一直在继续,其中许多已被证明可以在老鼠身上发挥作用。我喜欢基因治疗方法。

基因疗法如何起效的,以及它们还能用于什么?

蛋白质和基因可以静脉内递送给人类。如果特定蛋白质缺失或受损,你可以将该蛋白质输送进去,或者你可以将编码该蛋白质的基因放入其中。临床试验中约有2,000种基因疗法。一种名为RPE65的基因在视网膜中产生必需的蛋白质,并且该基因的突变导致在称为莱伯先天性黑朦(LCA),但该基因可被基因疗法取代。基因治疗和蛋白质治疗还有其他一些功能,不过这些疗法不一定能解决某些突变问题。你拥有一个非常精密的机器,它是一种蛋白质,你可以设计在体内做一些新的事物。你可以通过人类物种找到具有异常有趣蛋白质的稀有个体。例如,你也可以找到高度接触艾滋病毒但未感染艾滋病的人,甚至没有接受治疗。然后你可以找出他们为什么没有感染,就可以把它转化为蛋白质或基因疗法。

长寿的另一种方法是为需要的人进行器官移植,但是多余的人体脏器很少。你在哪里修改猪基因组以培养与人类相容的器官?

我们已经开始在转基因猪的非人类灵长类器官中进行试验。有人说,“哦,你不应该强化它们”,但问题是我们一直在做强化,因为在某种程度上,所有的老化逆转都是强化。疫苗正在强化。即使很难提出一个强有力的论据来强化健康的人类,但是强化器官很大程度上可以说是,为了强化一个不健康人类的器官,因为你希望那个器官尽可能好。你希望它是抗病原体的;你希望它具有抗癌能力。如果你想储存器官,你可能还希望它能够抵抗冷冻保存。

您是否经历过那些不喜欢混合物种的人的道德反对?

我发现我最糟糕的评论家实际上是我,所以我对乔治·彻奇有很多反对意见。其中一部分是因为作为一名技术专家,我偶然会在几年前看到其他生物学家所做的事情,当然也就是生物伦理学家之前所做的事情,所以在某种程度上,我先知道了所有事情可能出错。我的一些同事担心法规会放慢研究的步伐。我从未见过监管会减缓我的研究。但是我看到由于监管不力而导致某领域速度放缓。例如,欧洲对沙利度胺没有足够的监管,导致流产和严重的先天性缺陷,或者在美国对Vioxx这一增加致命性心脏病发作风险的止痛药的规定。

我也赞成讨论FDA职权范围之外的事情。它们不负责经济和公平,例如确保世界上所有人都能获得一种特殊的治疗方法。我的职业生涯中很大一部分都在努力降低技术价格。最引人注目的是DNA测序。我们在过去的14年中将价格降低了1000万倍,我希望今年我们能将价格降到零以下。希望我们付钱给人们进行基因组测序。

你说每个人都应该对他们的基因组进行测序。为什么?

每个人都应该有能力完成基于测序。我们可以节省数千亿美元,因为大约5%的婴儿出生时患有非常严重的遗传性疾病。他们年纪轻轻就死了,一路上经历很多痛苦,还花了很多钱。

人们会避免嫁给那些基因与他们结合产生患病婴儿的人吗?

载体状态是相同的,是的。这已被证明对极少数人群中的极少数疾病才会起作用,例如,黑蒙性痴呆通过牵线搭桥几乎完全消失。因此,两个人结合甚至不受FDA的监管,它甚至不是药品,但它的医疗后果极其强大。两个人结合几乎没有任何缺点。如果真要考虑这一点来挑选伴侣的话,你将失去社交网络中5%的人。

基因测序的未来是什么?

下一阶段可能是三种测序。一个是我们目前正在做的低成本版本,即荧光测序。基本的想法是将DNA放在显微镜下,添加附着在A,C和G上的化学物质,并用四种不同的颜色发出荧光。相机记录哪些点按顺序排列。其次,将有荧光原位测序,我们可以实际看到所有表达基因的名称以及它们在组织切片中的位置。

像增强现实?

它可能很普通,在你的电脑屏幕上就能看到它,但关键是现在我们抛开那些3D信息,只需打开细胞并随意将它们的内脏分布在幻灯片上。我们可以保留这些信息。你是对的,一旦我们掌握了3D信息,你就需要一种可视化的方式,这可能涉及像虚拟现实或增强现实这样的3D成像。

我认为第三种是非常令人兴奋的:可穿戴测序,设备非常小,速度快,几乎可以跟上你所处的位置,它可以告诉你周围的环境是否有过敏原或病原体,也许甚至可以识别你附近的动物和人。

至于基因编辑,你在将CRISPR应用于哺乳动物细胞方面发挥了重要作用。你能简单地解释它是什么,然后谈谈它为何如此重要吗?

实际上,让我来说的话,首先CRISPR并没有那么了不起。不过,CRISPR对我来说确实很重要,因为我可能比这个星球上任何其他人都更能从中获利,但是大约有八种不同的编辑方式。 CRISPR只是其中之一。与前一种方法相比,这只是一个相当小的增量,所有这些其他编辑技术仍然有效。在某些类别中,CRISPR可能比前一种方法提高了三倍,而在其他类别中则更差。但毫无疑问,整个事情都是一场革命。

你现在有多少创业公司,与行业合作的吸引力是什么?

我已经联合创办了大约25家创业公司,我在过去的几年里也提供了类似的建议,还有一些大公司。吸引力在于,如果你在学术象牙塔中发明了某些东西,你可以将其发布,但这并不一定会产生任何影响。其他一些群体可能会阅读它。但实际上,要将一项发明转变为完全调试的产品并大规模制造,并确保它有足够的指导和培训,这确实需要你通过公司将其从学术界转移到现实世界中。

有些人对于搞乱自然的想法感到厌恶。例如,他们不想吃转基因生物。为什么?

就转基因生物而言,我们希望设置一条底线,但在我们理解事物之前,我们倾向于在考虑错误标准的情况下定下这些底线。例如,我不认为种系发生变化 - 胚胎或卵子或精子生成细胞经过多代遗传变化——是划线的正确位置。或来自不同物种的DNA重组——结合来自不同物种的基因。

如果你将A改为T或C改为G或任何这些东西,那么它与自然界中发生的事情非常接近,几乎不可能分辨由于CRISPR发生的变化与性质。在我看来,我们应该调整结果,而不是我们如何到达那里。对我来说,我害怕转基因生物,但我害怕植物的设计方式与整个农业历史一样,在那里你会引入数以千计的随机突变,其中任何一种都可能是过敏原。我不认为随机一定是好的。我对随机性的体验往往很糟糕。基因编辑使我们有机会询问改变是否安全有效。

为什么种系工程是错误的划线?

你应该说,我们不希望在种系中发生什么?如果你的家庭有基因突变,标准的医疗实践是进行流产或使用体外受精。种系工程可能比胚胎工程甚至IVF和流产更安全。

你在实验室里将干细胞转化为人脑组织。进行到什么程度了?

我们制造的最大结构大约是5亿个细胞,比小鼠的大脑还要大。它还不是拥有大男子气概的东西;它只是有通过毛细血管流动的能力。我们现在可以获得大脑的大多数主要细胞类型。我们可以制造少突胶质细胞、包裹髓鞘、隔离神经连接。我们可以制造内皮细胞,这是非常关键的,因为如果你没有内皮细胞,你就没有毛细血管。我们正在尝试制造更大、更复杂的具有良好血流量的类器官。

它们应用在何处?

有三种应用:一种是测试遗传变异。是否有任何特定的突变导致特定的脑功能障碍?我们甚至有阿尔茨海默氏症模型。如果你从晚发性阿尔茨海默病患者和年龄匹配的对照中采集细胞,并使用它们来培养脑类器官,你可以看到它们的发育方式不同。第二个应用是测试新药或新疗法。它们可能是电子设备;也可能是基因疗法。然后第三类是移植。

脑移植的用途是什么?

到目前为止讨论的主要用途是帕金森症。多巴胺能神经元死亡,导致运动和动机问题,我们想要去掉它们。但也可能是癫痫病例。大脑的任何部分,你可以引入一些能够建立新联系的结构,这将是一个加分项。另一种用途是通过断裂进行再生,通常会导致瘫痪。

所以我们不是在谈论整个大脑移植。

人们会因为增加脑组织而获得额外智商吗?

为了在健康人群中使用,它必须非常安全。但我能想象到这是非常安全的。

这些脑类器官是否应用于人工智能?

哦,那是第四类应用了。人类大脑远远领先于任何基于硅的计算系统,除了非常特殊的任务,如信息检索或数学或国际象棋。做一项非常特殊的任务如下国际象棋,我们的大脑大概是20瓦功率,而10万瓦特的计算机,可以说相当专业了。所以,我们在能源类别,多功能性和开箱即用的思维方面都处于领先地位。此外,摩尔定律正趋于平稳,而生物技术正在经历超指数增长,其成本/效益每年提高10倍。

目前,计算机具有中央处理单元(CPU),通常伴随有用于特定任务的专用芯片,如图形处理单元(GPU)。有一天计算机可能会有一个NPU或神经处理单元 —— 它会插入一些脑部物质吗?

是的,它可以。混合系统,例如使用智能手机的人,是非常有价值的,因为计算机非常擅长专门任务,如检索和数学。虽然这可能会改变。例如,现在费了很大努力将信息存储在DNA中。它的密度比目前的硅或其他无机存储介质高出约一百万倍。可以想象,未来生物系统可能比无机甚至混合系统更好。

我们应该考虑实验室大脑是否值得拥有权利?

所有这些东西在某一时刻都能有各种各样的高级思维。我认为在类似人类的人工智能身上做实验也是不道德的。计算机科学家们越来越倾向于将其作为通用目的。即使它们是我们所说的智力挑战,它们也会有一些权利。我们可能想要问他们问题的方法,就像在图灵测试中一样,但在这种情况下,要确保我们没有做一些会导致痛苦或焦虑的事情。

我们会发展出一种自称为新物种的东西吗?物种树会有分支吗?

很难预测我们是否会走向单一文化,或者我们是否会走向高度多样化。即使我们走向高度多样化,它们仍然可以兼顾。例如,你看看狗。非常高的多样性,但原则上,任何品种的狗都可以与任何其他狗交配并生产杂交小狗。我的猜测是,我们将朝着更大的多样性和更强的互操作性迈进。我认为这是一种趋势。我们希望所有系统都能互操作。如果你看看大城市,你就越来越有能力跨越语言,跨越文化。我认为物种也是如此。

你认为你对人类的最大贡献是你已经完成的事情,还是你还没有做过的事情?

好吧,我希望这是我还没有做的事情。我想,经过63年的学习后,我才跟上进度。衰老逆转会让我和我的许多同事花更多的时间来做出更多的贡献,所以如果我们能够做到这一点,你可能会认为这是一个元级别的贡献。我们用大脑和新的计算方式做的事情可能再次成为一个元级别。换句话说,如果我们能够以新的方式思考或扩大新的智能形式,那将催生出一整套新的支撑技术。

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