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基因驱动

铅图像©myteria / Adobe Stock

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基因驱动是一种强大的工具:它们使科学家能够破解动物如何将基因遗传给后代。他们可以让我们消灭他们携带疟疾的蚊子比如,保护濒危物种,或者抵制吃庄稼的行为害虫

但是一旦它进入野外,基因驱动就无法阻止它的传播,这让人们感到紧张。如果出现了意想不到的后果,我们希望能够踩下刹车。

现在,加州大学圣地亚哥分校的研究人员开发了一种新的基因系统,可以让科学家停止或中和基因驱动,即使它们被释放到野外。其影响可能是巨大的。

为什么这很重要

基因驱动使用人们熟悉的基因编辑工具CRISPR来改变动物的基因。通过基因“驱动”,转基因基因将传递给所有动物的后代(而不是一半),以及它们的所有后代,以此类推。

很快,这种基因就在整个人群中传播开来。我们可以用这个来制造整个种类的蚊子抗疟疾,防止感染扩散。

基因驱动可以使所有种类的蚊子对疟疾产生抗药性。

但让科学家们夜不能寐的是它的潜力未知的后果这种变化可能会影响整个生态系统。基因驱动是否会阻止一种病毒,比如寨卡病毒,却加速了另一种病毒的传播?改变或消灭整个物种对环境的影响是什么?

即使是不太可能我们会后悔杀死疟蚊,有一个应急计划来阻止基因驱动,一旦它被释放到野外,可以减轻一些风险和不确定性。

基因如何驱动

有性繁殖的动物每一种基因都有两份拷贝——来自父母双方。当他们生育时,他们的后代有50%的机会从祖母或祖父那里继承基因。因此,尽管科学家们可以使用CRISPR来修改动物的基因,但它们的后代只有一半能获得基因,它们的后代也只有一半能获得基因,如此类推,直到它们灭绝或成为种群中很小的一部分。

这就是基因驱动的美妙之处:它不仅仅是插入一个修改过的基因,它还插入CRISPR指令来插入那个基因!一旦驱动被插入到动物的DNA中,CRISPR就会剪掉该基因的原始副本并粘贴到修改过的序列中。现在,每个人都有两个修改过的基因拷贝,这确保它会传给他们所有的孩子——还有CRISPR工具,确保他们所有的后代也会自动把它传给他们。

“基因刹车”

加州大学圣地亚哥分校的著名教授伊桑·比尔(Ethan Bier)说:“减轻基因驱动风险的一种方法是开发阻止它们扩散或在必要时删除它们。研究的资深作者。

为了阻止基因驱动的扩散,研究人员开发了一种反系统,可以灭活基因驱动。科学家可以将这种基因系统植入没有基因驱动的动物体内——如果该动物与有基因驱动的动物交配,这种基因驱动将被灭活。

研究人员开发了一种新的基因系统,可以在野外阻止基因驱动。

首席研究员徐相儒说:“它在其轨道上使基因驱动失效,并继续在几代人之间‘追逐’驱动元素,直到它的功能在种群中消失。”

为了完全消除这种基因驱动,研究人员开发了另一种基因系统,可以插入已经有基因驱动的动物体内。这个系统导致驱动器攻击-并消除-自身。

比尔说,研究小组花了大约15年的时间开发这些新系统。然而,他警告说,这些中和系统并不能100%防止不可预见的后果。研究人员说,基因驱动有巨大的潜力,但负责任地使用它们取决于这些控制机制是否到位。

从实验室到野外

基因驱动证明自己的价值在实验室里,但还没在现场测试过。

当它们在黄金时间准备就绪时,第一个可能使用它们的地方是西非国家布基纳法索。在这里,蚊子已经对杀虫剂产生了抗药性,66%的5岁以下儿童死亡是疟疾造成的。

由盖茨基金会(Gates Foundation)资助的非营利研究中心“防治疟疾”(Target Malaria)已经开始为在蚊子种群中引入抗疟疾基因驱动做准备。这包括向当地村庄进行基因驱动教育,并听取他们的意见,以及与该国政府和监管机构合作。

尽管如此,据《纽约时报》报道,该团队估计,将基因驱动蚊子引入该国的正式过程还需要5年,而将基因驱动蚊子真正投入使用还需要5年。

这可能并不重要

所有这些关于潜在的意外后果和应急计划的讨论都假定基因驱动在野外是非常有效的。

这可能很好,可以消灭疟疾,但如果它有不可预见的负面影响,它可能会成为一个问题。但科学家们认为这可能根本不会发生。也许基因驱动的蚊子会太分散而不起作用,或者自然选择会将它们淘汰——它们对潜在的配偶没有吸引力,或者它们会更容易被杀死或身体更虚弱。

所有这些未知因素都可能降低驱动器的效率。Target Malaria告诉《纽约时报》,由于这些因素,他们实际上并不期望基因驱动完全根除疟疾。

目标疟疾组织的Delphine Thizy说:“我们的目标只是将一个区域的蚊子消灭掉,从而破坏寄生虫-昆虫-人类的循环。。“如果你看看所有的障碍——物理障碍,比如地理,以及进化压力——更有可能的是,即使是一个真正精心设计的基因驱动也不会像我们认为的那样传播。”

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