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基因驅(qū)動（gene drive），最早在2003年由倫敦帝國理工學(xué)院進(jìn)化遺傳學(xué)家Austin Burt提出，是一個(gè)能夠快速將特定性狀擴(kuò)散到群體中去的系統(tǒng)。一般來說物種中都會存在這樣一些基因，它們在繁殖的過程被遺傳的概率比普通基因高出50%。因此，這些基因就可以很容易在群體中散播，即使它們可能導(dǎo)致個(gè)體的適應(yīng)性下降。借由與這些特殊基因類似的遺傳“偏向性”，基因驅(qū)動在理論上可將這些人為改造的基因散播到野生群體中。而這些改造可以包括基因的增添、破壞或者修飾，也可以包括減少個(gè)體的生育能力從而可能導(dǎo)致整個(gè)物種的毀滅。 人工改造的基因驅(qū)動有潛力將所需的基因在野生種群（wild population）中擴(kuò)散，或者抑制有害的生物物種。因有潛力控制諸如攜帶寨卡病毒（Zika virus）、瘧原蟲和登革熱病毒的蚊子之類的有機(jī)體，它最近獲得了人們的大量關(guān)注。 基于此，小編針對基因驅(qū)動研究取得的進(jìn)展以及引起的爭論，進(jìn)行一番盤點(diǎn)，以饗讀者。 1.Nat Rev Genet：人工改造的基因驅(qū)動系統(tǒng)操縱野生種群命運(yùn) doi:10.1038/nrg.2015.34  Akbari是加州大學(xué)河濱分校病媒研究中心和整合基因組生物學(xué)研究所的一名研究員，也是這篇發(fā)表在Nature Review Genetics期刊上標(biāo)題為“Cheating evolution: engineering gene drives to manipulate the fate of wild populations”的文章的通信作者。這篇文章的其他作者還有Jackson Champer和Anna Buchman，這兩位都是與Akbari一起工作的博士后。 在這篇文章中，作者們著重關(guān)注了幾種類型的基因驅(qū)動，包括基于歸巢內(nèi)切酶的基因驅(qū)動、性連鎖減數(shù)分裂驅(qū)動、medea 基因驅(qū)動和顯性不足基因驅(qū)動。他們從不同的屬性上描述了這些基因驅(qū)動，包括擴(kuò)散速率、物種特異性、適合度代價(jià)（fitness cost）、抵抗易感性、可移除性和可逆性。 他們還討論了這些基因驅(qū)動是否歸于修飾驅(qū)動（modification drive）類型或抑制驅(qū)動（suppression drive）類型，其中修飾驅(qū)動旨在將目標(biāo)性狀在群體之間進(jìn)行擴(kuò)散，而抑制驅(qū)動具有降低目標(biāo)物種群體的效果。 最后，作者們提出安全和監(jiān)管問題。他們提出與基因驅(qū)動相關(guān)的威脅，包括導(dǎo)致靶物種滅絕、擴(kuò)散到目標(biāo)地理區(qū)域之外的地方和影響另外一種物種的潛力，以及導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失甚至生物恐怖主義的潛在濫用。 2.Nat Biotechnol：提出解決CRISPR基因驅(qū)動問題的方法 doi:10.1038/nbt.3412 在一項(xiàng)新的研究中，美國哈佛醫(yī)學(xué)院遺傳學(xué)教授George Church和哈佛醫(yī)學(xué)院生物工程師Kevin Esvelt博士領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)提出了利用基因驅(qū)動開展研究實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)有效而又安全的保障機(jī)制并且提供首個(gè)逆轉(zhuǎn)基因驅(qū)動擴(kuò)散導(dǎo)致的改變的方法。 他們通過讓分開向?qū)NA和Cas9，使得它們不在同一個(gè)生物體內(nèi)共同表達(dá)，或者插入一個(gè)人工序列到靶基因中，這樣基因驅(qū)動僅在實(shí)驗(yàn)室的有機(jī)體中被激活，因此無法在野外發(fā)揮作用。 他們還在酵母中證實(shí)能夠逆轉(zhuǎn)基因驅(qū)動給有機(jī)體群體施加的一種性狀。 3.基因驅(qū)動技術(shù)或可被恐怖分子利用研制生物武器 新聞來源：'Gene drive': Scientists sound alarm over supercharged GM organisms which could spread in the wild and cause environmental disasters  據(jù)國外媒體報(bào)道，一種被稱為“基因驅(qū)動”的基因技術(shù)近期引起了科學(xué)家們的擔(dān)憂?！盎蝌?qū)動”技術(shù)可以令兩只昆蟲交配時(shí)產(chǎn)生基因突變，形成的“超動力基因”可遺傳至下一代?？茖W(xué)家警告稱，這一技術(shù)如果被恐怖分子利用，就可能生產(chǎn)出傳播致命疾病的“基因修正”昆蟲，從而導(dǎo)致一場史無前例的環(huán)境災(zāi)難。 以色列特拉維夫大學(xué)遺傳學(xué)家大衛(wèi)-古爾維茲介紹說，“基因驅(qū)動”技術(shù)可以令兩只昆蟲交配時(shí)產(chǎn)生基因突變，而且極有可能將這種突變基因遺傳至下一代。研究人員將這一技術(shù)比作“無法停止的核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”，因?yàn)榛蚪?jīng)修改后遺傳至后代，而不管是否會對后代有害。 理論上來說，如果“基因驅(qū)動”技術(shù)被合法利用，可用于消滅經(jīng)蚊子傳播的疾病，如瘧疾、黃熱病等。但是，如果被某些人惡意利用，則經(jīng)基因修改后的昆蟲可用來大規(guī)律傳播致命疾病。古爾維茲解釋說，“正如‘基因驅(qū)動’技術(shù)可以讓蚊子不再攜帶和傳播瘧疾一樣，該技術(shù)也可以用來修改蚊子基因，讓蚊子攜帶致命細(xì)菌或病毒，并傳染給人類?！?br data-filtered="filtered"> 近日，27位著名遺傳學(xué)家在《科學(xué)》雜志上發(fā)表文章呼吁，科學(xué)界應(yīng)向普通民眾澄清“基因驅(qū)動”技術(shù)的利與弊，向人們解釋該技術(shù)可能會帶來災(zāi)難?？茖W(xué)家們表示，“它們的隱患極大，可能給人類健康、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及環(huán)境保護(hù)帶來全球性災(zāi)難?！?br data-filtered="filtered"> 古爾維茲認(rèn)為，“基因驅(qū)動”技術(shù)的具體使用方法應(yīng)該嚴(yán)格保密，和核武器技術(shù)一樣。但是，美國哈佛大學(xué)遺傳學(xué)家凱文-埃斯維爾特及其他26位科學(xué)家并不認(rèn)同古爾維茲的說法，他們聲稱，完全公開和透明是防止“基因驅(qū)動”技術(shù)被用來制造生物武器的最佳方法。科學(xué)家們呼吁，應(yīng)制定一系列安全規(guī)程，要保證被基因修正的物種不得逃散至野生種群中，比如開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)只能在沒有相關(guān)野生種群的區(qū)域進(jìn)行。 4.Science：科學(xué)家稱基因滅蟲技術(shù)前景喜人卻面臨困境 doi:10.1126/science.aad6143 如果這種方法起作用，并通過監(jiān)管和倫理審批，那么“基因驅(qū)動”可能是一種清除攜帶瘧疾蚊蟲的新方法。這個(gè)想法聽起來簡單誘人：通過在一群動物中間迅速散布一種基因，可以阻止其傳播疾病，或者直接殺死如農(nóng)業(yè)害蟲等物種。但美國國家科學(xué)院、工程院和醫(yī)學(xué)院（NAS）近日在華盛頓特區(qū)主辦的一次研討會上明確表示，這種概念的核心，即基因驅(qū)動技術(shù)當(dāng)前仍然面臨各種科學(xué)和監(jiān)管上的不確定性。因此，基因驅(qū)動技術(shù)的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用依然“任重而道遠(yuǎn)”，英國倫敦帝國學(xué)院人類遺傳學(xué)家Austin Burt說。 NAS組織了一個(gè)委員會評估這一技術(shù)，該委員會組織了4次關(guān)于基因驅(qū)動研究的科學(xué)、倫理和監(jiān)管信息研討會，此次在華盛頓舉行的會議為其中的第二次。援救人員討論了現(xiàn)有監(jiān)管和倫理框架是否足以指導(dǎo)和管制基因驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展，會議報(bào)告稱，目前仍須了解更多關(guān)于基因驅(qū)動技術(shù)的生態(tài)效應(yīng)、基因驅(qū)動目標(biāo)的具體性以及研究人員在某個(gè)種群之間進(jìn)行基因改變的有效性?！昂苊黠@，關(guān)于這個(gè)系統(tǒng)，我們知道的是如此之少。”弗吉尼亞理工學(xué)院暨州立大學(xué)分子遺傳學(xué)家Zach Adelman說。但Burt表示，考慮到目前基因驅(qū)動技術(shù)仍處于早期研究階段，因此NAS有充分的時(shí)間就這個(gè)問題理清頭緒。 5.PNAS：用于瘧蚊控制的基因驅(qū)動 doi:10.1073/pnas.1521077112 在一項(xiàng)新的研究中，來自美國加州大學(xué)歐文分校的研究人員開發(fā)出一種基于CRISPR/Cas9的基因驅(qū)動系統(tǒng)原型，用于對蚊子基因改造，以便抵抗瘧原蟲產(chǎn)生的耐藥性。 具體而言，他們構(gòu)建出一種基于CRISPR/Cas9的基因驅(qū)動系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)⒁环N抗瘧原蟲基因?qū)氲轿米又?，并加以擴(kuò)散。在一項(xiàng)以斯氏按蚊（Anopheles stephensi）為研究對象的概念驗(yàn)證中，他們證實(shí)這種經(jīng)過改造的基因驅(qū)動系統(tǒng)能夠在蚊子中傳播一種雙重抗瘧原蟲效應(yīng)基因。這種基因靶向惡性瘧原蟲在感染階段產(chǎn)生的兩種關(guān)鍵蛋白，并且一個(gè)高度特異性的基因轉(zhuǎn)換時(shí)間中，它在雄性和雌性蚊子譜系中擴(kuò)散。 6.首次在哺乳動物中實(shí)現(xiàn)“基因驅(qū)動”，可用于清除物種入侵  目前有分別來自澳大利亞和德克薩斯州的兩個(gè)科學(xué)團(tuán)隊(duì)表示，他們對家鼠進(jìn)行了基因編輯，使其基因組包含了野生種群的一些基因特征。這些改良的嚙齒類動物在最近兩個(gè)月才出生，因此還未有實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 另外，在哺乳動物身上建立基因驅(qū)動模型還得益于一個(gè)“保護(hù)島嶼”行動的支持和努力。這是一個(gè)來自加州圣克魯茲的保護(hù)組織，他們的座右銘是“防止滅絕”，并專長于在島中廣撒殺鼠劑來拯救瀕危海鳥。 但是殺鼠劑不能在大型或人口稠密的島嶼上用來殺滅嚙齒類動物，這也是基因驅(qū)動技術(shù)被該組織看好的原因?！拔覀冋趯ふ乙恍┱嬲袆?chuàng)造性的方法”，該項(xiàng)目主任卡爾·坎貝爾說。如果當(dāng)局允許該項(xiàng)目計(jì)劃的話，每年則可撥出約700萬美元，讓他們能夠在一個(gè)偏遠(yuǎn)的島嶼上進(jìn)行初步試驗(yàn)，以加快技術(shù)開發(fā)進(jìn)程。 7.Science：生物界“新寵”基因驅(qū)動，消除瘧疾的“利器” doi:10.1126/science.aal0797 作為一種可以修飾DNA遺傳的方法，“基因驅(qū)動”可以使蚊子的遺傳物質(zhì)發(fā)生改變，最后甚至導(dǎo)致其數(shù)量驟減。科學(xué)家正在使用該方法來降低瘧疾傳播率，以保護(hù)非洲兒童免受瘧疾侵襲 。 如果我們知道決定瘧蚊關(guān)鍵性特征的基因或基因變異，如與原蟲轉(zhuǎn)陰及產(chǎn)卵等特性相關(guān)的基因，從理論上來說就可以將某些基因修改引入蚊子種群來降低瘧疾傳播率。目前，研究人員已對多個(gè)種類的瘧蚊進(jìn)行了基因組測序，包括那些幾乎造成了非洲所有地方瘧疾傳播的瘧蚊。他們希望通過基因改造整個(gè)蚊子種群來保護(hù)非洲兒童免受瘧疾侵襲。 近日，來自亞利桑那州大學(xué)（Arizona State University）的進(jìn)化生態(tài)學(xué)家詹姆斯·科林斯（James Collins）在美國科學(xué)促進(jìn)會年度會議（AAAS）上關(guān)于“基因驅(qū)動”消除瘧疾的專訪被Science刊發(fā)。 基于基因組編輯技術(shù)CRISPR的進(jìn)步，“基因驅(qū)動”在抗寄生蟲領(lǐng)域也得到了重要運(yùn)用。但如美國科學(xué)、工程、醫(yī)學(xué)院（ National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine ）去年所言：由于對整個(gè)人口的遺傳信息的改造可能產(chǎn)生的意想不到的后果，因此其在釋放到任何環(huán)境中時(shí)都應(yīng)該采取廣泛的測試。 8.Science：防范與管理新興技術(shù) doi:10.1126/science.aah5125 在一項(xiàng)新的研究中，美國海斯汀中心（The Hastings Center）研究學(xué)者Gregory Kaebnick作出結(jié)論，鑒于管理新興技術(shù)需要對技術(shù)的使用進(jìn)行限制，這是因?yàn)檫@些技術(shù)的潛在傷害和其他后果是高度不確定性的，在管理新興技術(shù)時(shí)采取的防范方法經(jīng)常被批評為反映“風(fēng)險(xiǎn)恐慌”，但是防范能夠與對科學(xué)的支持是相一致的。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2016年11月11日那期Science期刊上，論文標(biāo)題為“Precaution and governance of emerging technologies”。 這篇論文討論了在基因驅(qū)動（gene drive）的情形下，采取防范方法的益處，其中基因驅(qū)動有望解決根除蚊媒傳染病和保護(hù)瀕危物種等長期存在的問題但也會冒著傷害整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的技術(shù)。Kaebnick是美國國家科學(xué)、工程與醫(yī)學(xué)研究院（U.S. National Academies of Science, Engineering, and Medicine, NASEM）基因驅(qū)動委員會的成員。該委員會在去年夏天發(fā)布一篇推薦采取防范方法的報(bào)告。他的論文共同作者是這個(gè)委員會的一些成員和員工。 這篇論文詳細(xì)敘述NASEM這篇報(bào)告提出的建議。不是對所有關(guān)于基因驅(qū)動的研究采取防范方法---比如暫停所有這方面的研究直到嚴(yán)格的全球監(jiān)管措施被執(zhí)行，這篇報(bào)告號召采取“針對性的但有意義的措施”。這樣的措施會鑒定出特定的易于控制的擔(dān)憂，比如基因驅(qū)動能夠?qū)τ袡C(jī)體的基因組產(chǎn)生不想要的影響，一種基因驅(qū)動修飾的有機(jī)體能夠?qū)σ环N生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不想要的影響，而且對什么是“不想要的”影響可能在不同人之間差異較大。 9.Science：在實(shí)驗(yàn)室中開展基因驅(qū)動實(shí)驗(yàn)應(yīng)謹(jǐn)慎 doi:10.1126/science.aac7932  圖片來自Caroline Davis2010/Flickr。
Valentino Gantz和Ethan Bier之前利用CRISPR/Cas9基因編輯系統(tǒng)的優(yōu)勢，開展基因驅(qū)動實(shí)驗(yàn)：他們開發(fā)出一種被稱作突變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（Mutagenic Chain Reaction, MCR）的系統(tǒng)。利用MCR系統(tǒng)，他們可將一種雜種突變轉(zhuǎn)化為一種純合突變。他們已在果蠅體內(nèi)證實(shí)了MCR系統(tǒng)的有效性：在97%的情形下，它可將攜帶的突變導(dǎo)入到染色體的靶位點(diǎn)上。 雖然這些研究人員采用嚴(yán)格的屏蔽方法和額外的預(yù)防措施，但是一些科學(xué)家仍然認(rèn)為在未來，在實(shí)驗(yàn)室中操縱基于CRISPR的實(shí)驗(yàn)，應(yīng)當(dāng)尤為謹(jǐn)慎。 最后，這些研究人員建議，在基因組上開展基因驅(qū)動實(shí)驗(yàn)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)多采用替代方法，從而降低帶來的風(fēng)險(xiǎn)。（生物谷 Bioon.com） |
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