用CRISPR基因驱动消灭入侵物种?

作者: 小绵泡

发布日期: 2017-11-21

CRISPR基因驱动技术可能被用于消灭或控制不想要的物种,但其侵入性和生物体对抗性的问题引发了科学界和环保人士的担忧。最新的研究强调了对这一技术采取谨慎态度的必要性,并提出了需要开发更安全的基因驱动系统。

近年来,CRISPR基因编辑技术的研究发展已初现盛世。最近,它的一项潜在应用引起了保育学家、政策制定者、医疗卫生工作者等人的强烈关注。这项大胆的应用就是所谓的基因驱动技术,它能被用来消灭或控制不想要的物种。基因驱动是一种插入DNA中以改变有性生殖的遗传规则的基因构建技术。而且它可以非常高效,能将从父母给子女传递某一特定性状的几率从50%提高的100%。

目前这一技术还只存在于实验室中,但有许多科学家希望能将它应用于控制(甚至消灭)那些携带疾病的昆虫、以及其他有危害的生物体。

但这一“雄心壮志”目前正遭遇两大阻力,一是来自其他研究员和环保人士的反对,他们担心基因驱动可能会成为一种有着侵入性、并伴随其他意想不到的有害因子,在自然界传播;另一个挑战来自自然界本身,一系列的研究已表明,生物体对基因驱动的抗性可能使它们无法在自然环境下生存很久。

就在上周,两篇来自不同科研小组分别发表了两篇关于基因驱动的最新研究。论文一经刊登,便引发了各界的热烈讨论。一篇是由哈佛大学和麻省理工学院的科学家在11月16日发表的论文,标题为《现有的CRISPR基因驱动系统在野生种群中可能具有高度的侵入性》,它从计算机模拟结果的角度,分析了基因驱动可能具有的强侵入性,着重强调了我们应对CRISPR基因编辑技术采取更谨慎态度的必要性。

另一篇论文是由麻省理工学院的进化学工程师 Kevin Esvelt 和新西兰奥塔哥大学的遗传学家 Neil Gemmell 发表在《PLOS Biology》上的论文,标题为《保育需要安全的基因驱动》,Gemmell 和 Esvelt 研究了能进行自我繁殖的基因驱动系统可能造成的后果,并在文中概述了标准基因驱动处于怎样的风险之中,尤其是对保育工作而言。

基因驱动模型在 Noble 等人研究的模型中,他们只考虑了一种标准基因驱动,名为替换驱动,意思是将种群中的一个特征交换出来。例如,替换驱动器能改变疟蚊,使它们不能通过身体传播疟原虫。同时,这一模型也忽视了一系列可能抑制基因驱动在自然环境中扩散的因素,包括种群间的距离、当地生态学的差异、以及实验生物与野生动物的交配无能等等。

这种“忽视”是研究人员有意为之,为了尽可能维持模型的简单性,以过于谨慎的态度来对待这一问题。因为增加更多的抑制因素可能会使基因驱动看起来更好。

为了了解这种基因驱动的有效性以及它们面临的阻力,研究团队从已发布的基因驱动实验中获取果蝇、蚊子和酵母的数据。结果表明,即使只释放少量具有基因驱动的生物体,也会导致明显的侵入性。而且即使导入的基因驱动是最轻微的、最低效的,侵入性也不因此而遏制。例如,在一个勉强算有效的基因驱动的模拟场景中,仅释放10个基因驱动生物就能造成97%的侵入几率,并且这种基因驱动能扩散至1/3的种群。

在《PLOS生物学》发表的那篇论文中,Esvelt 和 Gemmell 列举了标准基因驱动在保育项目中能造成的更广泛影响,尤其是那些旨在消除岛屿上的侵入性老鼠以及其他哺乳动物的计划。论文着重强调了我们或许需要一种能将一个基因传播给一个种群,但无法超出这个种群的基因驱动技术。其中一个例子就是精准基因驱动,它针对的是一个种群特有的某种基因。

例如,在岛上生存的侵入性老鼠由于与大陆生活的老鼠分离过久,导致即便它们仍属于同一物种,但已演化出一些岛上老鼠独有的遗传特征。那么针对这种独有的特征的基因驱动,将只对岛上的老鼠起作用,而不会影响其他老鼠。

到目前为止,基因驱动研究还处于初级阶段,离现场实地测试还有一定距离,人们也还尚不清楚驱动在自然环境中能表现出怎样的面貌。科学家很清楚基因驱动的潜力,只是目前这些系统还无法被安全的实施。具体还需要多久?Gemmell 根据他们对果蝇的实验结果推测,或许还需3到5年。但这只是从科学的角度得出的评估,我们还需考虑,基因驱动能否在三五年后通过社会、伦理和法律的认可。

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