編譯 毛巍

CRISPR技術(shù)目前可以用于設(shè)計雌性轉(zhuǎn)基因小鼠，這樣使特定的基因傳遞給后代的可能性大大增加

近期，研究人員首次使用基因編輯工具CRISPR技術(shù)實現(xiàn)加速哺乳動物中特定基因的遺傳。這項富有爭議的“基因驅(qū)動”技術(shù)在多年前就在實驗動物的繁育中嶄露頭角，現(xiàn)如今這項技術(shù)能夠使得特定基因在整個物種中快速擴(kuò)增。不僅如此，這項技術(shù)還大大激發(fā)了科學(xué)家的各種設(shè)想：是不是能夠在動物體內(nèi)導(dǎo)入某種致命的基因以消滅對人類有害的動物和昆蟲，例如，攜帶有瘧疾的蚊子、導(dǎo)致疾病傳播的小鼠和大鼠？不過這項新研究的目的是培育新型實驗小鼠，而并不是為了消滅野生小鼠種群。

此研究結(jié)果顯示，基因驅(qū)動在嚙齒動物體內(nèi)的使用效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于昆蟲。這項研究成果被加州大學(xué)圣地亞哥分校金佰莉·庫伯（Kimberly Cooper）領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊在bioRxiv網(wǎng)站提前公布。

研究人員設(shè)計了一個由雌性轉(zhuǎn)基因小鼠驅(qū)動的基因組，這個基因組攜帶有DNA剪切酶Cas9的基因（Cas9是CRISPR的兩個重要組件之一）。他們設(shè)計的雄性轉(zhuǎn)基因小鼠則攜帶其他基因組分-向?qū)NA（gRNA），可以將Cas9基因連接至基因組的特定區(qū)域，同時還包括一個能夠改變小鼠毛色的基因。雌鼠與雄鼠交配后產(chǎn)生的新一代小鼠具有基因編輯器CRISPR的全部組件，分布于不同染色體之上。

早期在動物體內(nèi)開展的研究發(fā)現(xiàn)，在DNA剪切酶Cas9完成對DNA的剪切之后，細(xì)胞會進(jìn)行損傷修復(fù)。細(xì)胞可以重新連接已經(jīng)切斷的DNA雙鏈來修復(fù)損傷的DNA，也可以通過插入新的DNA片段來彌補(bǔ)被剪切后形成的間隙（這一過程被稱為同源定向修復(fù)）。事實上，細(xì)胞自身更傾向于通過前一種形式來完成損傷修復(fù)，這其實阻礙了基因驅(qū)動的過程。研究團(tuán)隊利用了一種基本的生物學(xué)現(xiàn)象使得細(xì)胞進(jìn)入同源定向修復(fù)的過程。他們操縱Cas9剪切酶基因使其在減數(shù)分裂過程中開啟，進(jìn)而產(chǎn)生精子或卵子。染色體在減數(shù)分裂過程中會交換DNA, 在DNA交換的過程中，細(xì)胞只能夠選擇同源定向修復(fù)方式完成修復(fù)的過程。這項實驗經(jīng)過驗證在雄性小鼠中無效，但是在雌性小鼠體內(nèi)，基因驅(qū)動的實驗獲得了成功。通過基因驅(qū)動的方式，將控制小鼠毛色的修飾基因復(fù)制至許多卵子染色體上，這一過程大大提高了將該基因遺傳給后代的概率。庫伯和她的研究團(tuán)隊在文章中描述道：這種“活性基因組件”系統(tǒng)可以加速創(chuàng)造出具有若干種導(dǎo)入基因的基因工程小鼠。

澳大利亞堪培拉約翰科廷醫(yī)學(xué)院的小鼠遺傳學(xué)家加埃唐·布爾希奧（Ga é tan Burgio）評論道：“我們之前對嚙齒動物體內(nèi)的基因驅(qū)動一無所知，還誤認(rèn)為嚙齒動物和昆蟲體內(nèi)基因驅(qū)動的工作效率完全相同，但是實驗結(jié)果卻大大出乎我們的預(yù)料。”

澳大利亞阿德萊德大學(xué)也從事該項研究工作的分子遺傳學(xué)家保羅·托馬斯（Paul Thomas）評論道：“這項研究工作邁出了在哺乳動物中開發(fā)基因驅(qū)動技術(shù)的第一步?！?/p>

邁克爾·威爾斯（Michael Wiles）是緬因州巴爾港的杰克遜實驗室技術(shù)評估和開發(fā)負(fù)責(zé)人，該實驗室是世界上最大的基因工程小鼠生產(chǎn)機(jī)構(gòu)之一。他認(rèn)為這項技術(shù)“非常有用”，因為許多人類疾病都是由于特定基因發(fā)生突變引起的。通過基因模仿的方式獲得患病的轉(zhuǎn)基因小鼠費(fèi)時費(fèi)力。而利用此技術(shù)將大大縮短培育時間，從需要花費(fèi)5年到只需要1年時間就可以完成。

雖然目前這項新工作只是用來設(shè)計實驗室基因工程小鼠，但是麻省理工學(xué)院媒體實驗室的進(jìn)化生物學(xué)家凱文·艾斯維爾特（Kevin Esvelt）十分擔(dān)憂。他堅持認(rèn)為在野生動物身上利用基因驅(qū)動技術(shù)的一個重要前提是：必須在這項技術(shù)中設(shè)置一個能夠關(guān)閉基因表達(dá)的開關(guān)，以確保野生動物能夠恢復(fù)到自然狀態(tài)。

然而，加州大學(xué)圣地亞哥分校新發(fā)現(xiàn)基因驅(qū)動方法只能夠維持特定基因在小鼠群體中傳播幾代。他們在文章里總結(jié)說：“目前對基因驅(qū)動技術(shù)很快應(yīng)用持過于樂觀或悲觀的態(tài)度可能還為時過早。”

資料來源 Science