伙計(jì)，休息很容易。轉(zhuǎn)基因超級(jí)物種的軍隊(duì)不太可能很快征服地球。在最近出現(xiàn)在遺傳學(xué)雜志上的一篇論文中，堪薩斯大學(xué)的研究人員和來(lái)自康奈爾大學(xué)的同事們通過(guò)目前最有前途的技術(shù)改變整個(gè)物種的DNA，以產(chǎn)生“ 基因驅(qū)動(dòng) ”，這是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。幾十年來(lái)，科學(xué)家們提出了各種遺傳改變自然種群的方法來(lái)解決困擾人類(lèi)的問(wèn)題。“很多時(shí)候，自然會(huì)干擾人類(lèi)對(duì)世界的看法，”主要作者，KU分子生物科學(xué)助理教授Robert Unckless說(shuō)。“很好的例子就是作物和昆蟲(chóng)傳播的疾病，如寨卡病毒或登革熱或瘧疾。”

關(guān)于在群體水平上修改特定基因的討論主要是理論上的，因?yàn)橥ㄟ^(guò)群體推動(dòng)的遺傳編輯也傾向于具有“適應(yīng)成本”，降低改變個(gè)體的壽命，或使其變得無(wú)菌。因此，自然選擇有利于缺乏修飾基因的個(gè)體，并在幾代內(nèi)清除群體內(nèi)的給定遺傳改變。

但科學(xué)家們利用“自私基因”技術(shù)的出現(xiàn)獲得了新的優(yōu)勢(shì)，這些技術(shù)利用自然元素來(lái)欺騙遺傳“孟德?tīng)栠z傳” - 其中修飾和非修飾生物的后代就像繼承父母的特征一樣 - 并且克服健身費(fèi)用。“有幾個(gè)自私的遺傳因素會(huì)欺騙孟德?tīng)柖?，因此修改基因轉(zhuǎn)移到后代的可能性不是50%，而是有80%或90%的幾率，”Unckless說(shuō)。“通過(guò)這樣做，他們可以更快地在人群中傳播。”

KU研究人員表示，通過(guò)將突變與更短的壽命或?qū)ξ米拥歉餆岬目剐月?lián)系起來(lái)，例如，這些可以驅(qū)趕人群的自私遺傳因素之一，科學(xué)家找到了克服健康成本的方法。“這可以通過(guò)孟德?tīng)柺降淖鞅椎玫窖a(bǔ)償，所以你可以通過(guò)人口傳播它。它被稱(chēng)為'基因驅(qū)動(dòng)'。”Unckless說(shuō)，盡管它的承諾，這種方法“或多或少地停滯不前”，直到兩年前加利福尼亞的研究人員將CRISPR / Cas9納入其基因驅(qū)動(dòng)構(gòu)建體。突然間，制造超級(jí)蚊子以消滅疾病的夢(mèng)想再次活躍起來(lái)。

“這種基因驅(qū)動(dòng)的想法，CRISPR / Cas9，在本質(zhì)上是一種細(xì)菌免疫防御系統(tǒng) - 但它已被世界各地的遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)室選擇用于靶向特定序列并產(chǎn)生這些序列的突變，”他說(shuō)。

KU研究人員表示，CRISPR / Cas9方法識(shí)別出一種靶向的基因序列，并在那里產(chǎn)生一種突變 - 將其自身作為該DNA序列的遺傳機(jī)制插入。

“所以科學(xué)現(xiàn)在已經(jīng)建立了一種識(shí)別序列，切割它并插入我們想要的遺傳物質(zhì)的機(jī)制，”Unckless說(shuō)。“那可能包括CRISPR / Cas9機(jī)器，但也是一種新的基因，可以對(duì)蚊子中的登革熱產(chǎn)生抵抗力，例如，兩者一起傳播。在少數(shù)幾代人中，你幾乎沒(méi)有突變的副本。人口對(duì)它的“固定”，因此人口中的每個(gè)人都擁有它 - 至少這是簡(jiǎn)單的理論。“ 然而，面對(duì)基因驅(qū)動(dòng)的新的和復(fù)雜的CRISPR / Cas9方法，自然仍然可能反擊成功抵抗突變，Unckless說(shuō)。

“我們預(yù)計(jì)阻力等位基因會(huì)在驅(qū)動(dòng)器傳播之前或驅(qū)動(dòng)器傳播之后彈出，并最終取代驅(qū)動(dòng)器，”他說(shuō)。“如果你的目標(biāo)是抵抗登革熱進(jìn)入人群，你可能會(huì)這樣做 - 它可能持續(xù)幾代或幾代 - 但隨后它會(huì)衰退并留下抵抗等位基因。” 在新遺傳學(xué)論文中，Unckless和共同作者康奈爾的安德魯·克拉克和菲利普·梅塞爾使用數(shù)學(xué)模型來(lái)計(jì)算這種阻力演變的可能性，這在以前沒(méi)有進(jìn)行過(guò)。他們表明自然界仍然比希望解決轉(zhuǎn)基因生物人類(lèi)問(wèn)題的科學(xué)家更具優(yōu)勢(shì)。

“基本上，看看這些數(shù)字并假設(shè)一個(gè)簡(jiǎn)單的基因驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，阻力將會(huì)發(fā)展成為定局，”Unckless說(shuō)。“這是主要的想法。我們認(rèn)為抵抗可以被視為一件好事 - 如果我們知道它會(huì)發(fā)展，我們可以圍繞它進(jìn)行規(guī)劃，并了解基因驅(qū)動(dòng)是暫時(shí)的解決方案。說(shuō)我們知道半衰期這種遺傳解決方案是x代，我們可以監(jiān)測(cè)它，隨著阻力開(kāi)始發(fā)展，我們可以創(chuàng)造一個(gè)新的。“

不言而喻，CRISPR / Cas9產(chǎn)生DNA的雙鏈斷裂，生物體通過(guò)兩種方法中的一種進(jìn)行修復(fù)，稱(chēng)為“非同源末端連接”(NHEJ)和“同源定向修復(fù)”。

“如果你不得不修理你的車(chē)，因?yàn)槟阒腊l(fā)動(dòng)機(jī)的一部分缺失了，而你的解決方案是'我將以隨機(jī)的方式接收連接件 - 那就是NHEJ，”他說(shuō)。“顯然，大部分時(shí)間都不起作用。另一方面，有同源導(dǎo)向修復(fù)。它使用模板，通常是另一條染色體 - 因?yàn)橥ǔＳ袃蓚€(gè)副本。它就像是修復(fù)2007本田的完美模板思域。你去找你的鄰居誰(shuí)有同一輛車(chē)，并比較他們說(shuō)，'這是錯(cuò)的，你根據(jù)它修復(fù)它。

但有機(jī)體同時(shí)使用NHEJ和同源定向修復(fù)。對(duì)于最有效的CRISPR / Cas9基因驅(qū)動(dòng)，必須對(duì)同源定向修復(fù)進(jìn)行“調(diào)整”。“如果你不這樣做，NHEJ會(huì)把事情搞砸，因?yàn)樗a(chǎn)生了阻力等位基因，”Unckless說(shuō)。

研究人員得出結(jié)論，與其他操縱種群的嘗試一樣，基因驅(qū)動(dòng)很可能導(dǎo)致抗性等位基因。然而，有了這一點(diǎn)，科學(xué)家們可以適當(dāng)?shù)貫閯?dòng)態(tài)基因驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)做準(zhǔn)備，新的構(gòu)建體對(duì)抗性等位基因的出現(xiàn)做出反應(yīng)。“你需要監(jiān)測(cè)基因驅(qū)動(dòng)，”他說(shuō)。“當(dāng)你看到阻力出現(xiàn)時(shí)，你會(huì)引入一些能夠克服阻力的新東西。”