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2020-08-15CRISPR技術的前景、挑戰及產業創新效果
464 期
Author 作者
陳淵銓／美國加州大學柏克萊分校生物化學博士。
前景
基因編輯技術CRISPR〔註一〕的發展迅速，除用於農、工以及醫藥業外，具體可應用的項目仍在持續開發中，未來發展十分看好。目前，CRISPR的前景主要呈現在下列三個面向：
技術創新
首先，CRISPR可望解決原本很難解決的問題，如糧食不足、環境汙染及氣候變遷等。資源枯竭、地球暖化及垃圾處理等問題，都使人類難以持續生存於地球，而CRISPR技術在植物育種上可以增加糧食產量、改善作物營養價值以及強化植物抗病能力；編輯海生藻類的基因，可增加它們吸收大氣與海洋中二氧化碳的能力，解決暖化的問題；改造南極磷蝦（Euphausia superba）的基因，藉此增加牠們分解塑膠微粒的能力，再將改造過的基因選殖到適當的微生物中做表現，亦有助解決海洋垃圾的問題。
不僅解決地球環境面臨的疑難雜症，CRISPR技術的使用還可以讓整個過程再更快些，如縮短基因轉殖動、植物產生的時程。以往，製作用於疾病研究的模式動物（animal models）需耗時至少1∼2年，培育特定性狀的植物品種少則數年慢則數十或甚至數百年，而如今透過該技術，已可將時間縮短到數個月甚至數週、數日，節省大量人力、物力、時間以及經費等資源。
此外，CRISPR技術還可用於治癒以往無法治療的疾病，如治療病毒潛伏性感染及遺傳性疾病等，以往要根除或治癒這些疾病幾乎是不可能的。雖然這個技術的臨床應用仍有諸多困難與挑戰，如安全性的顧慮及倫理議題的爭議等，但目前在基礎研究中已有相當令人振奮的初步結果，為治療人類難解之症開啟了一線曙光。
產業發展
如欲增加企業的生產效率與獲利，亦可透過CRISPR技術加速產品研發的進度。為促進產業的升級與產學合作，政府應有政策建立產官學界合作的管道和交流平台，使此技術能從實驗室研究進入產業應用階段，加速轉譯醫學（translational medicine）的發展，並扶持相關產業的建立。
產學合作是學術界和產業界為善盡社會責任、加強雙向交流以及發揮教育／訓練／研發／服務的功能，以達到共同育才目標的一種合作方式。學術界優良的研究成果能吸引企業挹注資金額外還可進行合作研究，產業界則藉由學術界開發的新觀念、新技術來提升競爭力和擴大產業的發展。在國外，CRISPR已成為產學合作的成功模式，實驗室開發出來的新技術轉移給代理人公司（surrogate company），再由代理人公司技轉給企業進行產品生產，發明人獲得技轉費，而企業則因新開發的產品而提高了獲利。
轉譯醫學是一種生物技術基礎研究與臨床應用結合的科學，目的在於使實驗室的基礎研究成果能真正實際應用於治療以造福人類。在國外，CRISPR是從基礎研究走向轉譯醫學，最後促成醫藥產業發展的具體事例。
醫療精進
CRISPR可運用於高度專一性和客製化的細胞和基因治療（cell and gene therapy），如人類誘導性多功能幹細胞（induced pluripotent stem cells, iPS）和嵌合抗原接受體T細胞（chimeric antigen receptor T cells, CART）的製作，在精準醫療（precision medicine）上扮演關鍵性的角色。為符合個別病人的需求，政府應有政策創造一個生物經濟（bioeconomics）體系並建立因應個體差異的人體生物資訊資料庫（biobank）。
生物經濟是利用生命科學和醫學的觀點與方法進行研究，進而產生的新經濟理論和模式，包括生產、流通、分配以及消費等，內涵主要是以生物技術開發新產品，建立相關技術的新產業，並建構新理論和新模式的經濟體系。臺灣一直有計畫地在推動生物技術及生醫產業的發展，在發展精準醫療的生物經濟產業體系上，CRISPR極有潛力成為關鍵技術。
國內研究及醫療機構正在合作建置臺灣人體生物資料庫（Taiwan biobank），主要是結合基因與其他醫學資訊，針對本土常見疾病進行大規模的世代研究與病例對照研究。如此一來，便可藉此瞭解國人常見疾病的致病因子與機轉，進而改善疾病治療方針、預防策略並降低醫療成本。而CRISPR能加速臺灣人體生物資料庫的建構，生物資料庫也有助於CRISPR運用於精準醫療，促進醫療精進。
挑戰
目前，CRISPR在國內外已廣泛地用於基礎研究，並已開始應用於生產農、工產品及醫藥品，專利與證照的申請案與日俱增，藥廠與生技公司開始運用此技術生產產品，相關產業正蓬勃發展中，不僅如此，CRISPR的發展亦已成功創造出新產業，造就許多CRISPR公司的成立。然而，CRISPR在生態、環境及風險評估上也引發了一些安全議題，曾經或正面臨著很多的挑戰（表一）。
表一：發展CRISPR的主要挑戰基礎研究的產業創新效果
綜觀國外發展的歷程及經驗，CRISPR可說是基礎研究成功促進產業創新的典型範例。研究人員在偶然的機會中，發現CRISPR是細菌在對抗病毒感染後產生的後天免疫系統，後來逐漸發展成為一種成功的基因編輯技術，進而廣泛應用到基礎研究上。
一直到CRISPR技術成熟後申請專利，研究者會先在實驗室開發產品（如農工產品及醫藥品等），待試製的產品經初步分析品質穩定並符合標準後，便與廠商進行產學合作。透過技術轉移由廠商申請證照生產小量產品，若產品可靠性、實用性、安全性或有效性經驗證合格，再申請主管機關核准上市。
產品品質獲得肯定後，產量、銷售額增加且利潤提高，進而吸引更多生技公司或藥廠採用創新的技術生產更多產品，使得CRISPR企業紛紛成立，形成一種產業，生產包括農產品、水產品、食品、工業產品、檢驗試劑以及醫療用品等各種產品。藉由新觀念產生、新方法的引進、新產程的開發以及技術轉移的方式，除了自身產業蓬勃發展外，也帶動周邊產業（如相關輔助工具）的發展，相關股票相繼上市，最終產生整體相關產業的創新效果（圖一）。
圖一：CRISPR基礎研究的過程會引發新觀念產生、新方法引進及新產程開發，並經由學術界與產業界的合作（如產學合作）將技術轉移給產業界。
CRISPR的發展模式亦為一種草根性創新（grassroot innovation）的具體實例。在國外，CRISPR技術開始開發時僅由研究人員從基礎研究做起，官方或政府機關並未有具體政策或提撥特別經費刻意鼓勵該技術的發展，相反地，研究人員在基礎研究運用成功後，才漸漸地將此技術用於開發或改良各種產品，再經由與產業界的合作進行大量製造，並根據產業界或社會大眾的需求來引領該技術的發展趨勢，最終發展出屬於CRISPR的產業。
這完全是一種由下而上的創新發展模式，除了引領倫理議題的討論、促進社會倫理與人文義理的進步外，也帶動了跨領域的合作，包科技、經濟、財政、金融、衛生福利以及農業部門等。草根性的創新從基層起頭的好處，是過程較為紮實、具自發性，且採用需求導向的方式亦有利於引進許多嶄新的觀念、技術以及作法，可從根本來提高基礎研究的水準和品質，並藉此啟動產業的創新機制，徹底改善整個國家社會的發展面貌，還能不斷帶來與時俱進的契機及效果。
結論
臺灣政府與民間已投入不少經費於CRISPR相關的研究。科技部近年核准通過多件CRISPR相關的專題研究計畫及規劃推動案中，專題研究計畫主要聚焦在對基礎研究的補助，領域涵蓋生物科學、自然科學及工程技術；規劃推動案則聚焦在建構核心設施，如標靶式操控基因表達、基因轉殖鼠、臺灣斑馬魚、基因改造疾病模式鼠與臺灣線蟲、核醣核酸干擾設施平台以及藥物化學樣品庫與超高速藥物篩選等，均屬於生物科學領域，可知近年來臺灣一直有研究人員從事CRISPR的相關研究。
為促進生物科技的創新、產業發展和醫療精進，與國際發展並駕齊驅，政府應有政策鼓勵相關技術的開發。而CRISPR相關計畫的具體推展成效，也須透過量化與質性研究的資料及成效盤點加以檢視，以作為未來制訂相關政策的依據，期待能為後續相關研究提供具有效益的策略規劃及執行步驟。
〔註一〕CRISPR全名為「常間回文重複序列叢集（clustered regularly interspaced short palindromic repeat）」，是存在於細菌中的一種基因。由於這類基因組中含有曾經攻擊過該細菌的病毒基因片段，因此，細菌可透過這些基因片段來偵測、抵禦相同病毒的攻擊，並摧毀其DNA。
〔註二〕在做基因編輯時，由於CRISPR-Cas9系統沒有專一且正確的作用在標的基因上，而是有一定比例會作用在非標的基因序列上而產生無法預期的變異。