如果村民們能夠使用基因驅(qū)動技術(shù)，哈默林花衣魔笛手帶來的所有麻煩都是可以避免的。直到最近，我們也沒有這種技術(shù)。此外，它還被限制在對昆蟲遺傳的控制上。但是現(xiàn)在，由于加州大學(xué)圣地亞哥分校的工作，基因驅(qū)動可能很快就會促進(jìn)基礎(chǔ)和生物醫(yī)學(xué)研究中更好的動物模型的發(fā)展。它甚至可能最終被用于抑制野外失控的嚙齒動物種群，或者可能被用于晚期Hamelins的定居地區(qū)。

助理教授Kimberly Cooper說:“我們的動機(jī)是開發(fā)一種(基因驅(qū)動的)形式，作為實驗室研究人員控制小鼠多基因遺傳的工具。”“隨著進(jìn)一步的發(fā)展，我們認(rèn)為將有可能制造出復(fù)雜的人類遺傳疾病的動物模型，比如關(guān)節(jié)炎和癌癥，這在目前是不可能的。”

基因驅(qū)動是一種編輯基因組的“主動遺傳學(xué)”方法。它可以用來控制一個基因的兩個副本中哪個傳給下一代。

為了給老鼠帶來基因驅(qū)動，庫珀領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組設(shè)計了一種活躍的基因“模仿者”DNA元素，這種元素控制著皮毛的顏色。當(dāng)模仿者干擾老鼠體內(nèi)基因的兩個副本時，原本是黑色的皮毛就會變成白色，這顯然是他們研究成功的標(biāo)志。

值得注意的是，模仿者元素也被設(shè)計成不能單獨在人群中傳播。換句話說，模仿者的設(shè)計是為了有效地將基因驅(qū)動帶入公園。

1月23日，《自然》雜志發(fā)表了一篇題為《雌性小鼠生殖系中CRISPR-Cas9介導(dǎo)的超孟德爾遺傳》的文章，詳細(xì)介紹了模仿行為。這篇文章描述了研究人員如何使用一種活躍的遺傳元素來編碼一種嵌入在小鼠酪氨酸酶(Tyr)基因中的指導(dǎo)RNA，以評估當(dāng)CRISPR-Cas9在早期胚胎或正在發(fā)育的生殖系中處于活躍狀態(tài)時，是否會發(fā)生靶向基因轉(zhuǎn)換。

“我們對8種不同基因策略的比較表明，與昆蟲相比，當(dāng)內(nèi)源性減數(shù)分裂重組機(jī)制能夠有效修復(fù)突變時，Cas9表達(dá)的精確時間對嚙齒類動物來說可能是一個更大的挑戰(zhàn)，即將DSB的形成限制在一個窗口內(nèi)，”作者報告說。“盡管如此，我們在這里觀察到的復(fù)制效率對于廣泛的實驗室應(yīng)用來說已經(jīng)足夠了。”

“例如，使用最有效的遺傳策略的女性中，觀察到的44%的平均復(fù)制率結(jié)合了超緊密聯(lián)系的酪氨酸酶突變，以至于22.5%的后代遺傳了帶有兩個等位基因的染色體，這在孟德爾遺傳中是不可能的。”

這種新方法在雌性小鼠產(chǎn)蛋期間有效，但在雄性小鼠產(chǎn)精期間無效。這可能是由于男性和女性減數(shù)分裂的時間不同，這一過程通常對染色體洗脫基因組，并可能有助于這一工程復(fù)制事件。

據(jù)加州大學(xué)圣地亞哥分校教授伊桑·比爾(Ethan Bier)說，該研究結(jié)果“為合成生物學(xué)的各種應(yīng)用開辟了道路，包括研究不同生物過程的復(fù)雜遺傳系統(tǒng)的模塊化組裝。”

庫珀和她實驗室的成員們現(xiàn)在正著手研究這第一個基于單一基因的活躍的哺乳動物遺傳成功，并試圖將這一工具擴(kuò)展到多個基因和特征。

“我們已經(jīng)證明我們可以將一種基因型從雜合子轉(zhuǎn)化為純合子。現(xiàn)在我們想看看我們是否能有效地控制動物體內(nèi)三種基因的遺傳。如果這項技術(shù)可以同時應(yīng)用于多個基因，那么它將徹底改變老鼠的遺傳學(xué)。

盡管這項新技術(shù)是為實驗室研究開發(fā)的，但一些人設(shè)想，未來的基因驅(qū)動將以這種方法為基礎(chǔ)，在野生環(huán)境中努力恢復(fù)包括嚙齒動物在內(nèi)的入侵物種泛濫的生態(tài)系統(tǒng)中自然生物多樣性的平衡。

Bier說:“通過進(jìn)一步的改進(jìn)，應(yīng)該有可能開發(fā)基因驅(qū)動技術(shù)來改變或可能減少作為疾病傳播媒介的哺乳動物的數(shù)量，或?qū)ν林锓N造成損害。”

然而，這些數(shù)據(jù)也表明，在野外實際使用需要技術(shù)改進(jìn)，因此有時間仔細(xì)考慮可以而且應(yīng)該實施這種新技術(shù)的哪些應(yīng)用。然而，研究人員指出，他們的研究結(jié)果顯示出了一項重大進(jìn)展，可能已經(jīng)減少了推進(jìn)人類疾病的生物醫(yī)學(xué)研究以及了解其他復(fù)雜遺傳特征所需的時間、成本和動物數(shù)量。

“我們也對理解進(jìn)化機(jī)制感興趣，”庫珀說。“例如，對于經(jīng)過數(shù)千萬年進(jìn)化的某些特征，基因變化的數(shù)量比我們目前在老鼠身上收集到的要多，我們無法理解是什么導(dǎo)致蝙蝠的手指長出翅膀。”所以我們想要制造出許多活躍的基因工具來了解哺乳動物多樣性的起源。