待友之道

生物實驗室裏的人類「替身」

老鼠、猴子、黑腹果蠅,這些傳統的人類替身已是實驗室常客,藉助基因編輯技術,「改良」過的其他動物也加入了這隻不幸的隊伍。


眾所周知,許多電影都會使用替身演員,為大牌明星嘗試危險動作、進行大尺度表演,或者只是在試拍時走位。隨着電腦科技的發展,替身演員甚至可以為「動物明星」服務——比如近年重拍的科幻經典《猩球崛起》(又譯《猿人爭霸戰》)中的猩猩主角「凱撒」,就是依靠在人類演員臉上進行動作捕捉,輔以電腦動畫來完成精彩「演出」。

世界各地的生物學、醫學實驗室裏,也有一群被稱作動物模型(animal models)的「替身演員」,讓科學家不必傷害人體就能進行生理學、病理學甚至心理學方面的研究:黑腹果蠅被拿來研究遺傳學,斑馬魚在早期發育領域有重要參照作用,老鼠和猴子則常用於癌症治療、手術試驗以及神經科學研究等。這些被精心培育的動物模型通常在某個方面與人類(或其他動物)「等價」,因而對藥物的反應、遺傳學特徵等也與人類相似。

近年來基因編輯(gene editing)技術的發展成熟,讓科學家得以通過定點改變基因,讓更多的動物——比如魷魚和章魚——可以加入動物模型的行列,成為人類的「替身」。

進行動物實驗的重要原因之一是,我們能掌控整個體系,並從中作出預測。

美國聖路易斯華盛頓大學科學史專家 Garland Allen

在動物模型的選擇上,科學家常常需要考慮到多胎性、生命週期長短、體型或胚胎大小、品種特異性等是否適合研究。老鼠就是很好的例子:讓老鼠進行近親繁殖可以最大程度地保持其基因的「純度」,即每隻老鼠幾乎是「基因等價」(genetically identical)的,這樣在實驗中改變某個環境因素時,任何老鼠的反應都是一致的,這為得到可靠的科學結果提供便利。

此外,老鼠、蠅類等動物的繁殖週期很短,這在許多研究中也至關重要。美國緬因州的傑克遜實驗室(Jackson Laboratory)科學主任 Nadia Rosenthal 開玩笑說:「有時候我們需要同時研究連續幾代的動物,所以大象絕對不是一個好的選擇,除非你是個特別有耐心的人。」

更重要的是,對於空間有限的實驗室而言,動物模型的體積不宜過大,否則無法進行大規模實驗。比如,章魚的運動、偽裝以及神經系統都很有研究價值,但同時也需要很大的空間。美國海洋生物實驗室(Marine Biological Laboratory)的 Eric Edsinger 表示:「一個標準玻璃缸只能裝下一條章魚,但卻可以放進10條侏儒魷魚。」

「侏儒魷魚」是 Edsinger 利用基因編輯技術研發的新型動物模型品種,除了體積小以外,其生命力還很頑強,這對於實驗室也很重要。Edsinger 說:「有些章魚,如果水裏的 pH 值(酸鹼度)下降一點點,就要死不活;但是侏儒魷魚,我隨手放在門口的桶裏也沒事,牠們一點也不介意。」藉助以 CRISPR/Cas9 為主的基因編輯技術,他希望能研發更多的頭足類動物模型品種,幫助研究運動、偽裝和神經系統。

侏儒魷魚。
侏儒魷魚。攝:Gérard Soury/Biosphoto via AFP

CRISPR/Cas9 技術因為精準、有效、快速,近幾年風靡全球多個生物實驗室。喬治華盛頓大學生物學家 Arnaud Martin 指出,CRISPR 為整個生物學領域帶來巨大變革,利用該技術能進行此前無法完成的工作,且大大加快實驗過程。

Martin 甚至認為,CRISPR 似乎可以應用於任何生物體,他自己就成功將該技術應用於海洋甲殼類動物。今年1月,他與合作者 Nipam Patel 通過研究發現,讓這類動物的 Hox 基因表達失活,可以干擾其特殊附屬物——比如觸角和爪子——的發育。Martin 期待更多的研究者在不久的將來可以利用 CRISPR 精確改變動物的 DNA 序列,來研究其如何影響基因活性——比如四足動物是如何發生適應性改變而長出四肢的。

不過,動物實驗和基因編輯技術在倫理上也遭到不少質疑。儘管大多數動物在實驗結束後會被安樂死,但動物權利主義者認為,現在已經有很多用於實驗的物種,不需要再研製新的;另一方面,實驗一定會對動物造成傷害,因此這是人類為自身利益而犧牲動物權利的自私行為。

回到開頭提到的《猩球崛起》,這部電影講述這樣一個故事:美國加州「基因系統公司」的科學家為治療老年痴呆症,研製出「ALZ-113」氣體藥物,但在猩猩身上進行實驗後,意外讓猩猩智商得到極速提升,而身體機能又比人類更強的牠們開始反抗,並引發暴亂……十年後,地球被猩猩們佔領,少數活着的人類只能苟且偷生。

在將來的某一天,人類的命運會被「替身」主宰嗎?

來源:ScienceNews科學美國人自然


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