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基因驱动加速进化但我们需要制动

2019-04-11 14:52:27 • 来源：

担心厨房里的老鼠?在上班路上吃掉了鸽子?在草坪上被杂草割掉?最近的工作指出了一种可能在短期内减少甚至消除不需要的物种的方法。该方法基于称为基因驱动的东西 - 一种通过改变其遗传物质(其基因组)来改变特定物种的整个群体的方法。

基因驱动加速进化但我们需要制动

虽然基因驱动器现在仅限于少数实验室的范围，但它们具有巨大的潜力。例如，除了可能的有害生物清除之外，它们还可以让我们使牲畜更加适应疾病，提高作物的营养价值，或消灭传播诸如寨卡病毒和疟疾等传染病的蚊子。

使用基因驱动器也存在风险。从环境中移除物种可能会产生无法预料的环境后果，或者有机体可能对基因驱动产生抵抗力 - 立即消除其所有优势。在一个国家授权的基因驱动器也可能传播到不想要它的国家。

问题是，一旦离开实验室，目前无法控制基因驱动器。但是新的研究详细阐述了我们如何控制基因驱动以踩刹车甚至扭转它们的影响。

基因驱动在性繁殖物种中传播一种或多种遗传特征的速度比自然发生的速度快。特征可能是肤色，性别或对某些疾病的免疫力。或者它可能最终杀死或使整个种群无菌，例如通过仅导致雄性后代的基因驱动。

那么基因如何发挥作用以及如何使其可切换?在大多数情况下，后代自然有50%的机会遗传来自每个亲本的特定基因变体(等位基因)。如果该变体具有积极作用，那么遗传它的后代更有可能茁壮成长，因此随着时间的推移，它们中的更多并且该变体有效地通过群体传播。如果基因变体是哑巴，则会发生相反的情况。这是自然选择的原则。

但是一个基因驱动元素是由所有后代遗传的，无论它是否有助于茁壮成长，因此自然选择被颠覆，整个种群迅速携带元素。

一项研究发现，在三代之内，引入的基因驱动可能存在于整个飞行昆虫群体中(右图)。这引起了人们对使用基因驱动来控制携带寨卡病毒和疟疾的蚊子等疾病载体的兴趣。虽然该技术已经准备就绪，特别是在消除蚊子疾病的情况下，由于安全问题，基因驱动器尚未进行现场测试。

拥有权利的同时也被赋予了重大的责任。即使经过深入研究，最好也很难预测将基因驱动生物释放到野外的环境影响。

流行文化反映了食人鱼和深蓝海等电影中基因改造的紧张情绪。这些情景提醒我们，我们对基因修饰的长期后果以及保护和调节其使用的重要性知之甚少，以便我们甚至可以在必要时扭转这一过程。

为了限制它们的传播，必要的第一步是停止产生更多的基因驱动生物。这可以通过杀死所有现有个体或消除其遗传变化来实现。不幸的是，第一种方法可能是不切实际的，我们仍然没有明确的方法来实现后者。

相反，我们建议使基因驱动器可切换。这个想法是改变基因驱动过程，以便只有当生物体摄取某种类型的氨基酸(所有蛋白质都是由20种天然存在的氨基酸制成)时才能保证改变的基因被传递。

就像点火中的钥匙一样，基因驱动仅适用于存在的氨基酸。没有氨基酸，基因驱动就会被关闭 - 甚至含有基因驱动的后代也会受到自然的遗传规律的影响。通过使用天然不存在的氨基酸，我们可以用它来精确控制野外的基因驱动活性。

这可能是确保我们留在基因驾驶员座位上的经济实惠的方式。控制它的氨基酸可以低至每克0.40英镑购买，并且对于大多数应用而言，可能需要的浓度小于0.1克/升。

因为基因驱动是由氨基酸控制的，所以它很容易分解并且应该是环保的 - 但是我们不知道它在实验室外是多么稳定，或者每种应用需要多少确切的需要。

但是可以肯定的是，假设使用基因驱动器来传播一群牲畜的抗病性需要比喷洒犹他州大小的区域来控制蚊子更少的资源。如果我们能够确保动物在受控区域内仅暴露于氨基酸，那么即使动物跨越边界，我们也可以包含基因驱动活动。

这是明天的生物学，如果我们想要它 - 今天它是假设的。迈向这一未来的初步步骤将涉及模范动物的示范，如果成功，可能会导致改善牲畜的应用。该部门的基因驱动器相对容易监控，并且在经济上也具有吸引力。

在医学中，细胞治疗中的可控基因驱动可以帮助确保所有靶向基因组包含期望的变化。更一般地说，转换基因驱动的能力将降低对它们产生免疫力的风险 - 如果基因驱动组件不存在，那么免疫系统就没有任何反应。

它甚至有可能对任何种类的氨基酸酸工作，一旦技术的进步为我们的故障安全。在我们踏上基因驱动自然的道路之前，如果我们不喜欢目的地，我们可以总是杀死引擎。

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