編譯 楊

短尾鼬鼠，又稱(chēng)白鼬，自引進(jìn)新西蘭后對(duì)當(dāng)?shù)伉B(niǎo)類(lèi)群落造成極大破壞。改變外來(lái)入侵物種的基因有可能可以拯救那些因此受到威脅的物種，但可能也會(huì)造成可怕后果

2012年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種能夠精確編輯基因的新辦法，這種被命名為CRISPR的技術(shù)讓許多誘人設(shè)想的實(shí)現(xiàn)成為可能，比如說(shuō)，科學(xué)家想要利用這一技術(shù)去治愈遺傳性疾病或者去發(fā)明新的農(nóng)作物。

來(lái)自哈佛大學(xué)的凱文.埃斯維特（Kevin M. Esvelt）和他的同事當(dāng)時(shí)也有一個(gè)極為誘人的想法：利用CRISPR技術(shù)往外來(lái)入侵動(dòng)物植入減育基因（這類(lèi)基因也可稱(chēng)為基因驅(qū)動(dòng)），從而把那些瀕危的野生動(dòng)物從滅絕邊緣拯救回來(lái)。當(dāng)基因改造動(dòng)物被釋放回野外，減育基因就能擴(kuò)散到種群之中，從而根除這些害蟲(chóng)。

這一想法吸引了那些花費(fèi)數(shù)十年與外來(lái)入侵物種抗衡卻眼看就要輸了的保育生物學(xué)家，因此自2014年起就有實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始著手做起了預(yù)實(shí)驗(yàn)。而現(xiàn)在，3年過(guò)去了，埃斯維特博士卻希望自己從未提起過(guò)這個(gè)想法。

“我覺(jué)得我把它搞砸了。”如今已經(jīng)是麻省理工學(xué)院助理教授的埃斯維特博士在一次采訪(fǎng)中說(shuō)道，并稱(chēng)之為“一個(gè)令人尷尬的錯(cuò)誤”。

他和他的同事最近發(fā)表在生物預(yù)印本文庫(kù)（biorxiv.org）的最新研究是讓他感到后悔的起源。在這一工作中，他們搭建了詳細(xì)的數(shù)學(xué)模型，用來(lái)預(yù)測(cè)在將CRISPR技術(shù)改造后的個(gè)體釋放回野外后會(huì)產(chǎn)生什么后果，而計(jì)算出的結(jié)果顯示此舉存在讓人難以承擔(dān)的高風(fēng)險(xiǎn)：改造后的基因可能會(huì)擴(kuò)散到?jīng)]有外來(lái)入侵物種的區(qū)域，而這些區(qū)域本身是具有完善結(jié)構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)的一部分。

埃斯維特博士和他的同事還在PLOS生物雜志上發(fā)表了對(duì)該項(xiàng)工作簡(jiǎn)化版的評(píng)論，而他的同事依然堅(jiān)持基因驅(qū)動(dòng)研究對(duì)于拯救受威脅物種是有價(jià)值的，只是研究者們需要先發(fā)明該技術(shù)的高安全版本。

埃斯維特博士和其他研究者還探究過(guò)基因驅(qū)動(dòng)技術(shù)消除疾病的可能性，其中有較大進(jìn)展的項(xiàng)目是消滅瘧蚊。這些探究消除疾病的項(xiàng)目依舊是有望實(shí)現(xiàn)的，但埃斯維特博士警告說(shuō)，科學(xué)家必須牢記基因驅(qū)動(dòng)的強(qiáng)大性。

“對(duì)基因驅(qū)動(dòng)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)現(xiàn)是一項(xiàng)重要貢獻(xiàn)，”加州大學(xué)伯克利分校的數(shù)學(xué)生物學(xué)家約翰.馬歇爾（John M.Marshall）對(duì)這一研究做出如下評(píng)價(jià)，“像這樣研究正是我們需要的嚴(yán)謹(jǐn)分析的開(kāi)始。”

CRISPR技術(shù)能夠構(gòu)建在細(xì)胞中找到特定DNA序列的分子，并且在找到后將該序列剪下來(lái)，讓這段序列可以被其他不同的序列替換掉。以入侵物種鼬鼠為例，這一技術(shù)能夠?qū)⒔档蜕芰Φ幕蛞氲谨蠡蛑腥?，但同時(shí)，這一技術(shù)也可能會(huì)將CRISPR技術(shù)所構(gòu)建的“剪刀”分子自身的基因也引入進(jìn)去，這會(huì)讓鼬鼠能夠?qū)ψ陨淼幕蚓哂芯庉嫷哪芰Α?/p>

鼬鼠只要遺傳到一個(gè)減育基因，就能復(fù)制成一對(duì)，并且傳遞給下一代。很快鼬鼠種群生育的后代會(huì)越來(lái)越少，直到整個(gè)種群被瓦解。

加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究者用實(shí)驗(yàn)室飼養(yǎng)的果蠅驗(yàn)證了這一預(yù)想，此后不久，埃斯維特博士的研究團(tuán)隊(duì)也在酵母中證實(shí)了這一過(guò)程能夠讓特定基因出現(xiàn)得更加頻繁。

美國(guó)國(guó)家科學(xué)院在2016年發(fā)布了關(guān)于基因驅(qū)動(dòng)技術(shù)的研究報(bào)告。在專(zhuān)家們發(fā)現(xiàn)基因驅(qū)動(dòng)技術(shù)存在許多潛在風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，美國(guó)國(guó)家科學(xué)院卻資助了更多基因驅(qū)動(dòng)的研究，其中可能包括“高管控下的野外試驗(yàn)”。

所以如果真的有基因驅(qū)動(dòng)在大自然中如野馬脫韁，那會(huì)有什么樣的后果呢？埃斯維特博士與哈佛大學(xué)研究生查爾斯頓.諾伯（Charleston Noble）以及其他同事合作，試圖做出有根據(jù)的推測(cè)。

研究者為此搭建了一個(gè)新的模型，該模型將出現(xiàn)CRISPR技術(shù)不能完成初始目標(biāo)的情況和在基因編輯過(guò)程中出現(xiàn)基因突變來(lái)保護(hù)目標(biāo)基因不被編輯的情況的頻率納入計(jì)算參數(shù)，而其計(jì)算結(jié)果揭示了基因驅(qū)動(dòng)可以變得極具侵略性，可以通過(guò)極少的被編輯個(gè)體就能讓一個(gè)新基因散播遍布到種群中去。“只需要屈指可數(shù)的個(gè)體就可以實(shí)現(xiàn)?！卑Ｋ咕S特博士補(bǔ)充說(shuō)。

這種侵略性也許對(duì)于鏟除無(wú)法通過(guò)毒餌或獵捕來(lái)阻止其入侵的諸如鼬鼠一類(lèi)的外來(lái)入侵動(dòng)物也許是件好事，但如果一旦有被基因編輯過(guò)的鼬鼠從入侵環(huán)境逃脫或者被有意帶去他處，那么基因驅(qū)動(dòng)可能會(huì)很容易傳遍整個(gè)鼬鼠棲息地。

這大概意味著當(dāng)下，在現(xiàn)實(shí)生活中，基因驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)還是太具風(fēng)險(xiǎn)。

“野外試驗(yàn)的概念正是這一實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虮痪窒拊谝欢▍^(qū)域內(nèi)，”埃斯維特博士說(shuō)，“我們的模型卻表明這并不是我們想的那樣?！薄斑@種具有侵略性和自我傳播的基因驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在很多方面和外來(lái)入侵物種是相同的?！彼a(bǔ)充道。

但高安全版本的CRISPR技術(shù)可能也只是在其他地區(qū)無(wú)害，而在它們表現(xiàn)出侵略性的地區(qū)攻擊其他物種。目前，埃斯維特博士正在其實(shí)驗(yàn)室里研究一種在遺傳數(shù)代后可以自我摧毀的基因驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。而其他研究者也試圖為島嶼上的外來(lái)入侵物種量身定做基因驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，從而使其不能傷害到陸上的親緣動(dòng)植物。

美國(guó)國(guó)家科學(xué)院基因驅(qū)動(dòng)委員會(huì)聯(lián)合主席、亞利桑那州立大學(xué)進(jìn)化生態(tài)學(xué)家詹姆斯.柯林斯（James P. Collins）對(duì)這種量身定做的基因驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)表示可以接受，“通用型的基因驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的確可能存在這些科學(xué)家所提到的負(fù)面問(wèn)題。”

但當(dāng)考慮到將CRISPR技術(shù)應(yīng)用到消滅瘧疾時(shí)，埃斯維特博士卻從數(shù)據(jù)中得出了不一樣的結(jié)論。盡管閹割版基因驅(qū)動(dòng)可能更容易受到調(diào)控，但也會(huì)因?yàn)槟芰ο魅醵鵁o(wú)法影響到種類(lèi)繁多的瘧蚊種群，因此動(dòng)用高傳播率的基因驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也許更有必要。

埃斯維特博士的研究結(jié)果表明：如果一個(gè)國(guó)家決定施放這類(lèi)基因工程編輯過(guò)的瘧蚊，那么不管鄰國(guó)樂(lè)意與否，他們都將成為這一實(shí)驗(yàn)無(wú)可避免的一份子。

也許在釋放這些基因修飾瘧蚊前應(yīng)該先達(dá)成國(guó)際共識(shí)?！斑@不該是壓在科學(xué)家身上的問(wèn)題?！泵绹?guó)國(guó)家科學(xué)院基因驅(qū)動(dòng)委員會(huì)會(huì)員、北卡羅來(lái)納州立大學(xué)社會(huì)學(xué)家杰森.德波爾恩（Jason A.Delborne）如此看待這一問(wèn)題。

不過(guò)埃斯維特博士愿意身先士卒，“我自己有兩個(gè)孩子，”他說(shuō)，“如果他們住在非洲，我的答案一定是肯定的?！?/p>

資料來(lái)源 The New York Times

責(zé)任編輯 彥隱

名詞解釋

● CRISPR 技 術(shù)：CRISPR原為細(xì)菌為了將病毒的外來(lái)入侵基因清除從而進(jìn)化出的免疫系統(tǒng)，全稱(chēng)為Clustered regularly interspaced short palindromic repeats，即規(guī)律成簇的間隔短回文重復(fù)。這一系統(tǒng)就像是一把剪刀，利用這一系統(tǒng)，細(xì)菌可以將病毒基因從自己的染色體上切除。本文提及的CRSPR技術(shù)是指科學(xué)家基于CRISPR系統(tǒng)建立的基因編輯技術(shù)。

● 基因驅(qū)動(dòng)技術(shù)與基因驅(qū)動(dòng)：基因驅(qū)動(dòng)技術(shù)是一種利用遺傳偏好將基因快速擴(kuò)散到群體中的強(qiáng)大技術(shù)，在日常生活中常被簡(jiǎn)稱(chēng)為基因驅(qū)動(dòng)，而本文中的基因驅(qū)動(dòng)特指通過(guò)基因驅(qū)動(dòng)技術(shù)中快速擴(kuò)散的基因。

● 基因驅(qū)動(dòng)技術(shù)，CRISPR技術(shù)與基因驅(qū)動(dòng)的關(guān)系：CRISPR技術(shù)是基因驅(qū)動(dòng)技術(shù)中的一種，通過(guò)CRISPR技術(shù)可以將基因驅(qū)動(dòng)快速擴(kuò)散到群體中去，這包括特定基因和CRISPR“剪刀”的系統(tǒng)被統(tǒng)稱(chēng)為CRISPR基因驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。