飞奔在科学前沿

王忻

基因编辑技术示意图

异体器官移植

对许多人类疾病来说，器官移植是唯一的治愈方式。目前人类患者移植所需要的器官，主要依赖于他人的捐献，而根据世界卫生组织公布的数据显示，全世界对移植器官的需求数量已远远大于供给。据美国器官共享网络估计，平均每天有22人在等待器官移植中死去。

异体移植器官最佳提供者

为了解决器官缺乏的难题，生物学家开展了很多的研究，其中异体移植、3D打印等技术是潜在的解决方案。但3D打印技术造价比较高，且只能打印结构相对简单的组织，而人类内脏器官的复杂程度很高，3D打印产品很难达到预期的效果，因此异体移植就成为了最可能成功的方案。

生物学家经过大量的研究，最终选中了与人体器官体积相似、生理指标大体接近、生长速度快的猪（1年可达成熟），作为人类器官移植的提供者。世界卫生组织有报告指出：猪有可能为人类患者提供几乎无限量的高质量器官、组织和细胞等资源;猪的肾脏、心脏、胰腺等器官，与人类相应器官在结构和功能上几乎完全一致，从结构和功能上可以作为人类器官的提供者。

猪器官人体移植初尝试

目前，还没有成功将猪器官移植给人类的案例，这主要有两个原因：一是人类的免疫系统会对外来的组织产生排斥反应;二是因为猪提供的器官可能带有引起人类严重疾病的病毒，其中最难消灭的被称为内源性逆转录病毒（PERV）。

面对排斥反应，科学家尝试借助基因编辑工具（如CRISPR内切核酸酶等）对供体猪的基因组进行改造，让猪器官在基因水平上更接近于人类，使外来的器官能够被人体免疫系统所接受，从而达到预期的治疗效果。

而PERV这种病毒隐藏在猪的基因组里，并且在很多细胞中有备份。如果不消除猪体内的逆转录病毒，其器官移植到人体就会引起致命疾病。幸运的是，这个问题得到了解决：2015年，哈佛医学院遗传学教授乔治·丘奇和杨璐菡博士团队，利用CRISPR/Cas9基因编辑技术，一次性消灭了隐藏在猪基因组中的62个PERV片段，体外实验显示病毒的感染率仅是以前的1/1000，从而解决了猪内源性逆转录病毒感染人体的风险。

通过科学家的不斷努力，猪器官的异种移植的临床应用时间会越来越近。相信这项技术，很快就会为遭受痛苦的患者带来治愈的希望。

基因组选择育种

CRISPR/Cas9基因编辑技术在猪器官人体移植方面的应用畅想

为了应对市场消费者对猪肉产品需求的变化，畜牧工作者要不断地对猪进行改良，这项工作称之为育种。育种工作目前主要采用的是传统的方法，虽然取得了一些效果，但依旧存在着准确度低、耗费时间长的缺点。为了攻克这个难点，科学家经过努力将生命科学的前沿与育种工作结合起来，发明了基因组选择（GWS，Genome Wide Selection）这种最新的育种技术。这项技术在猪育种领域已经开始应用。那么基因组育种具有什么样的优点呢？

基因组选择育种可以使养猪业获得巨大效益

我们知道，决定生物个体发育等的所有信息都储存于其DNA中，决定生物生命活动的最小单位称为基因。如果可以对DNA序列进行全面分析，就可以准确了解动物的基因信息，从而能够非常准确地评价个体能否作为种用，这就是基因组选择育种方法的原理。基因组选择育种的优点是，可以在动物出生后很短时间就能准确判断出未来的生产水平，与传统方法相比，基因组选择育种的效率提高了100%以上。

基因组选择育种对传统手段难以改善的指标也有非常好的效果，例如产仔数，利用基因组育种方法在3年可以提高1头，而传统方法需要5～8年才可以提高1头。由此看出，基因组选择育种可以使养猪业获得巨大效益，可以为广大消费者提供廉价而优质的猪肉产品。

基因组选择并不是转基因，没有对原有遗传物质做出任何改变。这项技术对于普通消费者的意义在于，能够使猪肉产品的价格降低的同时，品质得到提升。同时基因组育种可以提高对疾病的抵抗力，通过减少疾病的发生，从而使抗生素的使用量降低，对于食品安全也非常有帮助。

延伸阅读

目前，猪异体器官移植在其他动物上已经取得了一定的成就。德国慕尼黑大学团队在狒狒身上进行了猪心脏移植，移植器官坚持了90天，较以前延长了1倍。美国埃默里大学的研究人员成功地将猪的肾脏移植给了一只猕猴，并在400多天之后猕猴才发生排斥反应，这超出了之前记录好几个月。

（责任编辑/朱文超   美术编辑/胡美岩）