蛇的四肢消失不仅仅是一个失去的故事，它是一个详细记录在它们 DNA 中的复杂历史。为了理解进化是如何塑造蛇的，以及当蛇停止行走时它的基因组发生了什么变化，一个科学家团队正在使用基因编辑 CRISPR/Cas9 系统在小鼠中产生相同的变化。
劳伦斯伯克利国家实验室的遗传学家阿克塞尔·维塞尔说，基因技术的进步加速了通过基因组学研究进化的进程。他的团队希望更好地了解形态进化，或者说动物的身体外观。他说：“我们决定研究脊椎动物进化中最引人注目的形态适应之一：蛇从看起来像蜥蜴的祖先进化而来后四肢的消失。”
他的团队利用了之前对几种蛇类（包括蟒蛇、蚺蛇和眼镜蛇）的基因组测序工作。蛇的基因组，就像人类的基因组一样，具有所谓的增强子序列，这些序列调节其他序列应该如何发挥作用。维塞尔的团队发现，一个名为极化活性区调节序列或 ZRS 的增强子在蛇类物种中已经退化；蛇 ZRS 中的一些蛋白质制造指令看起来像是被复制了很多次，以至于出现了许多缺陷，改变了一些 DNA 的碱基对（决定遗传指令的分子集合）。
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ZRS 恰好增强了 sonic hedgehog 基因，该基因负责产生对胚胎肢体发育至关重要的蛋白质。在最新的研究中，科学家们首先使用更常见的基因替换方法从小鼠胚胎中替换掉小鼠的 ZRS。他们用来自不同动物（包括马、人类和蛇）的 ZRS 替换了该序列，并结合了一个特殊基因，如果新的 ZRS 正常工作，该基因会在化学处理后使小鼠胚胎发育中的肢体末端变成蓝色。当研究人员观察动物胚胎时，所有小鼠肢体的末端都变成了蓝色——除了那些带有蛇 ZRS 的小鼠，要么什么也没发生，要么 ZRS 的行为方式似乎并不意味着肢体发育。
基本上，蛇的 ZRS 似乎没有发挥作用。当维塞尔的团队使用 CRISPR 创建了 ZRS 与蛇的 ZRS 互换的活体小鼠时，这一点变得非常清晰。“蛇化”的小鼠的肢体发育严重不良；它们的下臂和腿都严重缩小——在大多数情况下，缩小成了发育不良的骨头。但是，当团队用人类甚至鱼类的 DNA 替换增强子时，小鼠的肢体正常形成。维塞尔的团队在上周的细胞杂志上发表了他们的结果。
维塞尔强调说，他的团队并没有发现蛇的肢体是如何消失的。相反，他们得出结论，一旦蛇的肢体消失，进化就不需要 ZRS 实际发挥作用。蛇的 ZRS 中的突变不会对进化的蛇造成伤害——因为它们不使用腿。另一个团队在研究蟒蛇胚胎中的肢体时，偶然发现了互补的结果。这项研究的作者说，他们发现蟒蛇胚胎仍然会发育出腿的所有部分所需的软骨前体——但蛇的身体会脱落下腿软骨，只保留一个基本的腿骨。这可能是因为 ZRS 在退化的同时，另一组重要的肢体增强子却保留了下来。这些增强子增强了 HOXD。（Homeobox-D 的缩写，它们编码的蛋白质）与 ZRS 增强 sonic hedgehog 的方式相同。佛罗里达大学的教授马丁·科恩说，HOXD 同时调节腿和生殖器，因此进化保留了它的增强子，以便蛇能够保持交配。他和他的合著者最近在当代生物学杂志上发表了他们的结果。
加利福尼亚大学圣地亚哥分校细胞和发育生物学助理教授金伯利·库珀说，早在 2005 年，生物学家就已经尝试了增强子及其对小鼠肢体发育的影响。库珀没有参与这项新研究，但她指出，维塞尔使用 CRISPR 技术使得在小鼠中进行基因替换更加便宜和快捷。“这真的很令人兴奋，”库珀说。“这种工程的最终结果与我们之前所做的事情没有什么不同。但是我们已经使它在技术上简单得多。”
该委员会主席安托万·斯奈德斯说，劳伦斯伯克利国家实验室的动物福利和研究委员会审查并批准了最新研究的动物使用协议。“协议中描述的所有工作都是首席研究员被允许执行的。”纽约大学医学院医学伦理学部的博士后研究员卡罗琳·诺伊豪斯说，尽管故意制造无肢小鼠听起来可能很可怕，但在这种情况下，这项工作在伦理上是合理的。她没有参与这项研究。“改进一项技术并使用一种新技术是对科学的重要贡献，并且具有公众价值，”她说。维塞尔补充说，在这些类型的研究中，没有替代方法来改变小鼠的基因。“你不可能在计算模型中进行这些类型的实验并对结果充满信心，”他说。
纽约大学生物伦理学家亚瑟·卡普兰说，在动物实验中使用 CRISPR 将有望引发关于基因编辑技术的富有成效的辩论。卡普兰认为，这种对话在最终将该技术用于医学的背景下尤为重要。“我认为最引人注目的事情是，大多数伦理关注都集中在基因编辑对人类的意义上，”他说。“你希望先在小鼠的层面上讨论 CRISPR 的使用，而不是在人类的层面上。”
维塞尔认为他的工作在这种辩论中没有地位，并期望该领域会看到更多使用 CRISPR 来了解肢体发育的研究。“这些类型的研究以前是可能的，但现在它们在许多这些实验中以更有针对性的方式触手可及，”维塞尔说。“这在科学上让我感到兴奋。”