與他們開發(fā)的第一個合成基因驅(qū)動器相比 - 這大大增加了特定基因傳遞給所有后代的機會 - George Church博士和Kevin Esvelt博士幫助開創(chuàng)了積極主動的生物安全措施確保在密閉的實驗室實驗中有效和安全地研究基因驅(qū)動。他們設(shè)想使用被稱為CRISPR-Cas9的RNA引導(dǎo)基因編輯系統(tǒng)設(shè)計的合成基因驅(qū)動器 - 其作用類似于一對分子剪??刀來精確切割或編輯DNA - 有朝一日可以在實驗室外使用以防止致命的傳播昆蟲和動物傳播的疾病，根除威脅生態(tài)系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)的入侵物種。

現(xiàn)在，在11月16日發(fā)表在Nature Biotechnology上的一項新研究中，由哈佛大學(xué)和哈佛醫(yī)學(xué)院(HMS)的Wyss生物啟發(fā)工程研究所的Church和Esvelt領(lǐng)導(dǎo)的團隊展示了有效的基因驅(qū)動和推出工作的保護機制。這是一種扭轉(zhuǎn)其傳播變化的首創(chuàng)方法。

“任何對現(xiàn)代技術(shù)可逆性的要求都需要有力的證據(jù)，”教會是Wyss核心教員，HMS的遺傳學(xué)Robert Winthrop教授，哈佛大學(xué)和麻省理工學(xué)院健康科學(xué)與技術(shù)教授。“這是合成生物學(xué)領(lǐng)域朝著這個方向邁出的重要一步。”

與Wyss研究所合成生物學(xué)平臺的研究人員一起，作為Wyss技術(shù)開發(fā)研究員的Church和Esvelt領(lǐng)導(dǎo)了基因驅(qū)動研究界，討論負(fù)責(zé)任的實驗室行為以及保護基因驅(qū)動研究的主動限制指南。他們的最新研究驗證了其團隊開發(fā)的保護協(xié)議的有效性，例如增加和改善的物理生物防護障礙以及引入所謂的“分子限制”機制，這些機制使用基因工程來阻止實驗室生物在極不可能的情況下生存和繁殖他們曾逃過生態(tài)系統(tǒng)的事件。

“基因驅(qū)動研究界一直在積極討論如何保護共享生態(tài)系統(tǒng)，現(xiàn)在我們已經(jīng)證明所提出的保護措施非常有效，因此應(yīng)該被每個相關(guān)實驗室生物體中的每個基因驅(qū)動研究人員使用，”Esvelt說。 。

CRISPR基因驅(qū)動通過使用RNA序列來指導(dǎo)基因切割Cas9蛋白質(zhì)到特定的靶基因進行編輯。該團隊開發(fā)的分子限制機制通過操縱這些生物成分來防止基因驅(qū)動在野外發(fā)揮作用。通過分離引導(dǎo)RNA和Cas9蛋白使它們不在同一生物體中一起編碼，或通過將人工序列插入靶基因中，基因驅(qū)動只能在實驗室生物中激活，因此不能在野生。

“在實驗室中使用酵母，我們還發(fā)現(xiàn)使用基因驅(qū)動對人群施加的特性可以逆轉(zhuǎn)，”該論文的第一位共同第一作者James Dicarlo說，他是Wyss Institute和HMS的研究生助理。該團隊指出，使用這種保護措施，基本上任何由基因驅(qū)動介導(dǎo)的人口水平變化都可能隨后在需要時被覆蓋。在這種情況下，最初施加的特性將被逆轉(zhuǎn)，并且CRISPR基因驅(qū)動系統(tǒng)的生物“機制” - 指導(dǎo)RNA和Cas9蛋白 - 將在生物體的DNA中保持存在，盡管是無活性的。

可逆性機制不僅僅是一個有用的備份，以防基因驅(qū)動器出現(xiàn)意想不到的副作用; 有朝一日，強加或逆轉(zhuǎn)基因驅(qū)動效應(yīng)的能力也有助于管理傳播疾病的生物，如蚊子，入侵物種和破壞作物的昆蟲。

雖然在基因驅(qū)動之前需要在實驗室中進行更多的研究，以便在限制性實驗室實驗之外可以使用，研究人員現(xiàn)在可以安全地進行這些實驗。與此同時，基因驅(qū)動本身就是有用的實驗室工具，可以干擾實驗室生物的基因組，并開啟對基因復(fù)雜相互作用的新見解。

“基因驅(qū)動技術(shù)具有解決全球問題的巨大潛力，例如瘧疾，我們今天沒有解決方案，”Wyss研究所創(chuàng)始主任Donald Ingber醫(yī)學(xué)博士說，他也是血管生物學(xué)的Judah Folkman教授。 HMS和波士頓兒童醫(yī)院和哈佛大學(xué)生物工程教授John A. Paulson工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院。“但該領(lǐng)域需要積極發(fā)展保障機制和可逆性能力，以確保這項新技術(shù)的安全，并實現(xiàn)其創(chuàng)造良好的巨大潛力。我很自豪我們的團隊 - 由喬治·丘奇和凱文·埃斯維特領(lǐng)導(dǎo) - 正在支持這項指控。 “