當(dāng)特定基因通過動(dòng)物或植物群體以增強(qiáng)的速率傳播時(shí)，發(fā)生“基因驅(qū)動(dòng)”。這是在自然界中發(fā)生的事情。在世界范圍內(nèi)，我們已經(jīng)看到了影響昆蟲和小鼠基因頻率的天然基因驅(qū)動(dòng)的例子，以及天然基因驅(qū)動(dòng)在改變蚊子種群以減少疾病傳播方面的成功應(yīng)用。

但是像CRISPR這樣的新技術(shù)正在增加科學(xué)家以應(yīng)用方式使用基因驅(qū)動(dòng)的機(jī)會(huì)。本周，澳大利亞科學(xué)院發(fā)布了一篇論文，引發(fā)圍繞科學(xué)，實(shí)踐，監(jiān)管和倫理問題的討論，期待基因驅(qū)動(dòng)成為控制澳大利亞病蟲害的工具。

什么是基因驅(qū)動(dòng)?

后代通常攜帶兩個(gè)基因拷貝，一個(gè)遺傳自每個(gè)親本。然而，這種遺傳模式被基因驅(qū)動(dòng)所擾亂，這增加了兩個(gè)拷貝僅來自父母之一的可能性。

如果我們將基因視為染色體中的“自私”元素，那么基因驅(qū)動(dòng)將幫助最自私的元素獲勝，并最終在人群中接管。

基因驅(qū)動(dòng)存在于自然界中。轉(zhuǎn)座子，也稱為“跳躍基因”，代表了天然基因驅(qū)動(dòng)的一個(gè)例子。轉(zhuǎn)座子將自身復(fù)制到基因組的不同部分，并以高于通常的50%的比率傳播給后代。

然而，盡管已經(jīng)使用某些類型的天然基因驅(qū)動(dòng)來抑制疾病傳播，但隨著合成基因驅(qū)動(dòng)的出現(xiàn)，潛在的應(yīng)用已經(jīng)大大擴(kuò)展。這會(huì)產(chǎn)生新問題。

CRISPR的力量

最近有可能使用稱為CRISPR-Cas9的基因編輯工具通過基因工程創(chuàng)建或合成基因驅(qū)動(dòng)。

該工具用于將自私基因(例如歸巢核酸內(nèi)切酶(其在特定位置切割DNA))與靶向通過群體傳播的基因連接起來。

當(dāng)存在于一條染色體上時(shí)，通過被內(nèi)切核酸酶切割然后修復(fù)的過程將得到的遺傳構(gòu)建體復(fù)制到另一條染色體上。

這個(gè)過程可能潛在地用于驅(qū)動(dòng)幾乎所有基因通過群體。它最有可能在快速繁殖并且生成時(shí)間短的生物體中有效。

盡管創(chuàng)建穩(wěn)定的基因驅(qū)動(dòng)存在技術(shù)挑戰(zhàn)，但包括澳大利亞在內(nèi)的全球科學(xué)院正在討論該技術(shù)的潛在應(yīng)用。還在考慮需要實(shí)施的保障措施。自我傳播的基因提供了一些獨(dú)特的機(jī)會(huì)和挑戰(zhàn)。

澳大利亞為何要考慮基因驅(qū)動(dòng)?

基因驅(qū)動(dòng)在澳大利亞控制病蟲害方面尤其有用。

我們目前正在與許多入侵生物進(jìn)行一場失敗的戰(zhàn)斗。侵害哺乳動(dòng)物，昆蟲，雜草，鳥類和魚類會(huì)對環(huán)境造成破壞并減少農(nóng)業(yè)產(chǎn)量。

基因驅(qū)動(dòng)提供了一種可能抑制這些物種種群并減少損害的方法。例如，引入改變性別比例以變成男性偏見的基因可??以限制繁殖。

驅(qū)動(dòng)器還可用于引入抑制蚊子，蜱和mid等載體傳播疾病的基因，以傳播人類和牲畜的疾病，并引入使雜草和害蟲易受農(nóng)藥影響的基因。

使用基因驅(qū)動(dòng)來消除雜草或害蟲可以減少化學(xué)噴灑的需要，并可能提高農(nóng)民的作物產(chǎn)量。

安全，透明和監(jiān)管

由于基因驅(qū)動(dòng)器旨在自行傳播，因此開發(fā)，測試和使用該技術(shù)需要嚴(yán)格的保護(hù)措施。

這就是為什么過去涉及蚊子和歐洲鯉等物種的天然基因驅(qū)動(dòng)應(yīng)用涉及廣泛參與公眾和監(jiān)管機(jī)構(gòu)。

關(guān)于合成基因驅(qū)動(dòng)的研究和調(diào)控，透明度至關(guān)重要。

雖然澳大利亞擁有完善的基因技術(shù)監(jiān)管框架，但基因驅(qū)動(dòng)對傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)基因生物(GMOs)提出了不同的問題。這是因?yàn)樗麄兊哪繕?biāo)是在整個(gè)人口中傳播新的特征，因此可能會(huì)擴(kuò)散到地理邊界之外。因此，監(jiān)管的國際協(xié)調(diào)至關(guān)重要。

鑒于可能部署基因驅(qū)動(dòng)的背景，許多澳大利亞監(jiān)管機(jī)構(gòu)將需要進(jìn)行協(xié)調(diào)。這包括那些負(fù)責(zé)監(jiān)督環(huán)境，人類和動(dòng)物健康，檢疫和與食品有關(guān)的問題的人。

提前計(jì)劃

基因驅(qū)動(dòng)可能引起公眾關(guān)注，特別是在潛在的無意識的生態(tài)和環(huán)境影響方面。

正如從關(guān)于轉(zhuǎn)基因生物的爭論中學(xué)到的，特別是關(guān)于無轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品標(biāo)簽的限制，僅僅教育公眾是不夠的。潛在價(jià)值比信息更重要。

至關(guān)重要的是確保公眾持續(xù)參與基因驅(qū)動(dòng)技術(shù)的潛在應(yīng)用，風(fēng)險(xiǎn)和益處，以配合科學(xué)參與的最佳實(shí)踐，并為研究這些問題提供資金。

這對可能受影響的社區(qū)尤其重要，例如農(nóng)業(yè)部門或居住在可能發(fā)生故意釋放的地區(qū)附近的社區(qū)。

資助機(jī)構(gòu)可以通過提供資源來測試物理遏制設(shè)施并開發(fā)分子遏制程序，例如限制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳播的菊花鏈系統(tǒng)。

建模和實(shí)驗(yàn)可用于評估抑制害蟲種群的更廣泛的生態(tài)后果，并且需要進(jìn)行研究以確定由于目標(biāo)物種的進(jìn)化而導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)失去效力的風(fēng)險(xiǎn)。

在做出關(guān)于將驅(qū)動(dòng)器釋放到環(huán)境中的任何決策之前，需要逐個(gè)探討所有這些問題。

還必須仔細(xì)評估基因驅(qū)動(dòng)的廣泛影響。例如，針對有害生物果蠅的基因驅(qū)動(dòng)可能是諸如日本等國家的問題，其對水果進(jìn)口具有高度特定的規(guī)定。

與歐盟和日本等許多地區(qū)的轉(zhuǎn)基因生物限制國家的貿(mào)易關(guān)系可能會(huì)受到農(nóng)業(yè)中基因驅(qū)動(dòng)的使用的負(fù)面影響。

國內(nèi)經(jīng)濟(jì)影響可能包括因與含有合成基因驅(qū)動(dòng)的生物接觸而獲得作物有機(jī)認(rèn)證的問題。盡早與各種國內(nèi)外利益相關(guān)者就這些問題進(jìn)行溝通至關(guān)重要。