在意大利中部小城特尔尼，研究人员正在对世界上最先进的蚊笼进行最后的润色。这些笼子，每个占据 150 立方米，模拟了非洲冈比亚按蚊滋生的潮湿栖息地。通过在更自然的条件下研究这些昆虫，科学家们希望更好地了解如何利用一种新兴的基因工程技术——基因驱动来根除它们和疟疾。
该技术可以通过生物体的后代在野生种群中快速传播基因修饰，这促使一些活动家呼吁将其搁置。然而，基因驱动可能不像活动家们认为的那样有效。最近的研究发现，利用它们来消除疾病和消灭入侵害虫的主要障碍是：进化。
包括蚊子在内的经过基因驱动改变的生物在概念验证实验室实验中显示出前景。但是，野生种群几乎肯定会对这些修饰产生抗性。研究人员已经开始识别这种情况是如何发生的，以便他们能够解决这个问题。
关于支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保关于当今塑造我们世界的发现和想法的有影响力的故事的未来。
基因驱动阻碍了有性繁殖生物的遗传规则。通常，后代有 50:50 的机会从父母那里继承一个基因。基因驱动改变了这些几率，优先将一个版本传递给生物体的后代，直到理论上，整个种群都带有该基因。
这种“自私”的遗传因素自然存在于小鼠、甲虫和许多其他生物中，研究人员已经成功地利用它们来对抗害虫。但是，随着 CRISPR-Cas9 基因编辑技术的出现，人们对基因驱动的兴趣激增，该技术可以用于将一个染色体上的突变复制到另一个染色体上。
2015 年末，研究人员报告说，一种 CRISPR 基因驱动导致雌性蚊子中的不育突变传递给它们的所有后代。实验室实验表明，该突变的频率如预期般在几代中增加，但对基因驱动的抗性也随之出现，阻止了一些蚊子继承经过修饰的基因组。
纽约州伊萨卡市康奈尔大学的种群遗传学家菲利普·梅瑟说，这不足为奇。正如抗生素使耐药细菌的兴起一样，抑制种群的基因驱动也为耐药生物的繁荣创造了理想条件。
这种抗性的一种来源是 CRISPR 系统本身，它使用一种酶来切割特定的 DNA 序列并插入研究人员想要的任何遗传密码。然而，有时细胞会在添加或删除随机 DNA 字母后将切口缝合在一起。这可能会导致 CRISPR 基因驱动系统不再识别的序列，从而阻止修改代码的传播。
在意大利建造蚊笼的研究人员，是名为“靶向疟疾”的数百万美元项目的一部分，他们在一些蚊子中发现了这种形式的抗性。梅瑟的团队在 12 月报告说，这些突变体可能会蓬勃发展。
自然遗传变异是另一种产生抗性的途径。基于 CRISPR 的基因驱动通过识别短的遗传序列来工作，而这些位点存在差异的个体将对驱动免疫。最近的一项研究分析了来自非洲各地的 765 只野生冈比亚按蚊的基因组。研究小组发现遗传多样性极高，这将限制潜在基因驱动目标的列表，研究人员说。
印第安纳大学布卢明顿分校的进化遗传学家迈克尔·韦德说：“就根除种群而言，这些东西不会走得太远。”他和他的同事发现，基因驱动可能会导致设法避免继承修改后遗传密码的群体发生遗传隔离——即种群之间不进行交配。而且，降低种群与其他种群混合倾向的基因变异——例如限制昆虫飞行能力的变异——会突然变得有利并可能传播。
对基因驱动的抗性是不可避免的，因此研究人员希望他们能够足够长时间地减缓其影响，从而将所需的突变传播到整个种群中。有人提出了创建针对多个基因或同一基因内多个位点的基因驱动的想法，从而降低抗性发展的速度。通过调查物种的自然遗传多样性，研究人员可以针对所有个体共有的基因。
伦敦帝国理工学院的分子寄生虫学家安德里亚·克里桑蒂说，“靶向疟疾”团队已经开发了第二代基因驱动蚊子，希望减缓抗性的发展。研究人员计划在今年晚些时候在他们新的意大利设施中对它们进行测试，以了解蚊子在野外可能会如何生存。但同样在帝国理工学院的分子生物学家托尼·诺兰预计进化会带来一些惊喜。他说，他对基因驱动最大的担忧是它们根本不起作用。
本文经许可转载，并于 2017 年 1 月 31 日首次发表。