基因驱动

一种可以改变甚至可能消除整个物种的基因工具取得了显著的飞跃

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对一种基因工程技术的研究正在迅速发展,该技术可以永久性地改变一个种群甚至整个物种的特征。这种方法使用基因驱动——遗传因子,它可以从父母传递给异常大量的后代,从而相当迅速地在种群中传播。基因驱动自然发生,但也可以通过工程改造,这样做可能在许多方面对人类有益。这项技术有可能阻止昆虫传播疟疾和其他可怕的感染,通过改变攻击植物的害虫来提高作物产量,使珊瑚对环境压力产生抵抗力,并阻止入侵植物和动物破坏生态系统。然而,研究人员深刻地意识到,改变甚至消除一个物种可能会产生深远的影响。作为回应,他们正在制定规则,以管理基因驱动从实验室转移到未来的田间试验和更广泛的应用。

几十年来,研究人员一直在考虑利用基因驱动来对抗疾病和其他问题的方法。近年来,CRISPR基因编辑技术的引入推动了这项工作,该技术使得将遗传物质插入染色体上的特定位置变得容易。2015年,几篇论文报道了基于CRISPR的基因驱动在酵母、果蝇和蚊子中的成功传播。一项演示表明,抗疟疾寄生虫的基因驱动通过蚊子种群传播,理论上应该限制寄生虫的传播。另一项研究干扰了不同蚊子物种的雌性生育能力。

今年,一个CRISPR基因驱动系统在小鼠身上进行了测试,试图操纵毛色。该程序仅在雌性中有效。即便如此,结果支持了这样一种可能性,即该技术可能有助于消除或改变威胁作物或野生动物或传播疾病的入侵小鼠或其他哺乳动物种群。


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国防高级研究计划局(DARPA)是热衷于这项技术的投资者之一。它已投入1亿美元用于基因驱动研究,旨在对抗蚊媒疾病和入侵啮齿动物。比尔及梅琳达·盖茨基金会已投资7500万美元成立一个研究联盟,致力于利用基因驱动来对抗疟疾。

尽管基因驱动前景广阔,但也引发了许多担忧。它们是否可能意外地跳跃到野生环境中的其他物种并扰乱它们?从生态系统中消除特定物种的风险是什么?恶意方是否可能将基因驱动用作武器,例如,干扰农业?

为了避免这种可怕的前景,一个团队发明了一种开关,必须通过输送特定物质才能打开,基因驱动才能工作。与此同时,多个科学家团队正在制定协议,以指导基因驱动测试的每个阶段的进展。例如,2016年,美国国家科学、工程和医学院审查了这项研究,并为负责任的做法提出了建议。2018年,一个大型国际工作组制定了处理从实验室研究到田间释放的研究路线图。该小组(其部分会议有来自DARPA、盖茨基金会或其他机构的观察员参加)以基因驱动在非洲控制疟疾的用途为模型制定了建议,该小组表示,在非洲,公共卫生效益可能是最大的。

除了限制技术本身的风险外,许多研究人员还希望避免可能导致公众或政策强烈反对的事件和失误。在2017年一篇关于使用基因驱动消除有害哺乳动物的潜在用途的文章中,麻省理工学院的凯文·M·埃斯维尔特和新西兰奥塔哥大学的尼尔·J·杰梅尔担心,一次国际事件可能会使研究倒退十年或更长时间。“仅就疟疾而言,”他们预测,“这种延误的代价可能以数百万本可预防的死亡人数来衡量。”

辛西娅·H·柯林斯是伦斯勒理工学院化学与生物工程副教授,她在该学院应用跨学科方法——从合成生物学和微生物基因组学到大数据——来理解不同的微生物群,并将有用的特性工程化到微生物中。她是2016年世界经济论坛的青年科学家,并曾在论坛的生物技术全球未来理事会(2016-2018年)任职。

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