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基因驅(qū)動(dòng)（gene drive）研究最新進(jìn)展
時(shí)間：2017-10-16 09:29:27 來(lái)源：生物谷 點(diǎn)擊：
近年來(lái)，“基因驅(qū)動(dòng)”成為生物學(xué)界的新興熱門研究領(lǐng)域之一，它指的是特定基因有偏向性地遺傳給下一代的一種自然現(xiàn)象。最近幾年發(fā)現(xiàn)的CRISPR基因編輯技術(shù)有潛力構(gòu)建、簡(jiǎn)化和改進(jìn)針對(duì)基因驅(qū)動(dòng)的開(kāi)發(fā)。借助被譽(yù)為“基因剪刀”的CRISPR基因編輯技術(shù)，科學(xué)家研發(fā)出人工“基因驅(qū)動(dòng)”系統(tǒng)，并在酵母、果蠅和蚊子中證實(shí)可實(shí)現(xiàn)外部引入的基因多代遺傳。
基因驅(qū)動(dòng)（gene drive），最早在2003年由倫敦帝國(guó)理工學(xué)院進(jìn)化遺傳學(xué)家Austin Burt提出，是一個(gè)能夠快速將特定性狀擴(kuò)散到群體中去的系統(tǒng)。一般來(lái)說(shuō)物種中都會(huì)存在這樣一些基因，它們?cè)诜敝车倪^(guò)程被遺傳的概率比普通基因高出50%。因此，這些基因就可以很容易在群體中散播，即使它們可能導(dǎo)致個(gè)體的適應(yīng)性下降。借由與這些特殊基因類似的遺傳“偏向性”，基因驅(qū)動(dòng)在理論上可將這些人為改造的基因散播到野生群體中。而這些改造可以包括基因的增添、破壞或者修飾，也可以包括減少個(gè)體的生育能力從而可能導(dǎo)致整個(gè)物種的毀滅。
人工改造的基因驅(qū)動(dòng)有潛力將所需的基因在野生種群（wild population）中擴(kuò)散，或者抑制有害的生物物種。因有潛力控制諸如攜帶寨卡病毒（Zika virus）、瘧原蟲和登革熱病毒的蚊子之類的有機(jī)體，它最近獲得了人們的大量關(guān)注。
基于此，小編針對(duì)基因驅(qū)動(dòng)研究取得的進(jìn)展以及引起的爭(zhēng)論，進(jìn)行一番盤點(diǎn)，以饗讀者。
1.Nat Rev Genet：人工改造的基因驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)操縱野生種群命運(yùn)
doi:10.1038/nrg.2015.34
在一篇高度創(chuàng)新性和技術(shù)性的綜述文章，美國(guó)加州大學(xué)河濱分校昆蟲學(xué)助理教授Omar Akbari說(shuō)，“盡管基因驅(qū)動(dòng)存在所有的潛在益處，它們?nèi)匀晃传@得充分研究。考慮到這一點(diǎn)以及技術(shù)進(jìn)步產(chǎn)生得如此之快，我們想退一步考慮，從一個(gè)更寬廣的角度看看到底發(fā)生了什么。”
Akbari是加州大學(xué)河濱分校病媒研究中心和整合基因組生物學(xué)研究所的一名研究員，也是這篇發(fā)表在Nature Review Genetics期刊上標(biāo)題為“Cheating evolution: engineering gene drives to manipulate the fate of wild populations”的文章的通信作者。這篇文章的其他作者還有Jackson Champer和Anna Buchman，這兩位都是與Akbari一起工作的博士后。
在這篇文章中，作者們著重關(guān)注了幾種類型的基因驅(qū)動(dòng)，包括基于歸巢內(nèi)切酶的基因驅(qū)動(dòng)、性連鎖減數(shù)分裂驅(qū)動(dòng)、medea 基因驅(qū)動(dòng)和顯性不足基因驅(qū)動(dòng)。他們從不同的屬性上描述了這些基因驅(qū)動(dòng)，包括擴(kuò)散速率、物種特異性、適合度代價(jià)（fitness cost）、抵抗易感性、可移除性和可逆性。
他們還討論了這些基因驅(qū)動(dòng)是否歸于修飾驅(qū)動(dòng)（modification drive）類型或抑制驅(qū)動(dòng)（suppression drive）類型，其中修飾驅(qū)動(dòng)旨在將目標(biāo)性狀在群體之間進(jìn)行擴(kuò)散，而抑制驅(qū)動(dòng)具有降低目標(biāo)物種群體的效果。
最后，作者們提出安全和監(jiān)管問(wèn)題。他們提出與基因驅(qū)動(dòng)相關(guān)的威脅，包括導(dǎo)致靶物種滅絕、擴(kuò)散到目標(biāo)地理區(qū)域之外的地方和影響另外一種物種的潛力，以及導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失甚至生物恐怖主義的潛在濫用。
2.Nat Biotechnol：提出解決CRISPR基因驅(qū)動(dòng)問(wèn)題的方法
doi:10.1038/nbt.3412
在一項(xiàng)新的研究中，美國(guó)哈佛醫(yī)學(xué)院遺傳學(xué)教授George Church和哈佛醫(yī)學(xué)院生物工程師Kevin Esvelt博士領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)提出了利用基因驅(qū)動(dòng)開(kāi)展研究實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)有效而又安全的保障機(jī)制并且提供首個(gè)逆轉(zhuǎn)基因驅(qū)動(dòng)擴(kuò)散導(dǎo)致的改變的方法。
他們通過(guò)讓分開(kāi)向?qū)NA和Cas9，使得它們不在同一個(gè)生物體內(nèi)共同表達(dá)，或者插入一個(gè)人工序列到靶基因中，這樣基因驅(qū)動(dòng)僅在實(shí)驗(yàn)室的有機(jī)體中被激活，因此無(wú)法在野外發(fā)揮作用。
他們還在酵母中證實(shí)能夠逆轉(zhuǎn)基因驅(qū)動(dòng)給有機(jī)體群體施加的一種性狀。
3.基因驅(qū)動(dòng)技術(shù)或可被恐怖分子利用研制生物武器
新聞來(lái)源：'Gene drive': Scientists sound alarm over supercharged GM organisms which could spread in the wild and cause environmental disasters
據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，一種被稱為“基因驅(qū)動(dòng)”的基因技術(shù)近期引起了科學(xué)家們的擔(dān)憂。“基因驅(qū)動(dòng)”技術(shù)可以令兩只昆蟲交配時(shí)產(chǎn)生基因突變，形成的“超動(dòng)力基因”可遺傳至下一代。科學(xué)家警告稱，這一技術(shù)如果被恐怖分子利用，就可能生產(chǎn)出傳播致命疾病的“基因修正”昆蟲，從而導(dǎo)致一場(chǎng)史無(wú)前例的環(huán)境災(zāi)難。
以色列特拉維夫大學(xué)遺傳學(xué)家大衛(wèi)-古爾維茲介紹說(shuō)，“基因驅(qū)動(dòng)”技術(shù)可以令兩只昆蟲交配時(shí)產(chǎn)生基因突變，而且極有可能將這種突變基因遺傳至下一代。研究人員將這一技術(shù)比作“無(wú)法停止的核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”，因?yàn)榛蚪?jīng)修改后遺傳至后代，而不管是否會(huì)對(duì)后代有害。
理論上來(lái)說(shuō)，如果“基因驅(qū)動(dòng)”技術(shù)被合法利用，可用于消滅經(jīng)蚊子傳播的疾病，如瘧疾、黃熱病等。但是，如果被某些人惡意利用，則經(jīng)基因修改后的昆蟲可用來(lái)大規(guī)律傳播致命疾病。古爾維茲解釋說(shuō)，“正如‘基因驅(qū)動(dòng)’技術(shù)可以讓蚊子不再攜帶和傳播瘧疾一樣，該技術(shù)也可以用來(lái)修改蚊子基因，讓蚊子攜帶致命細(xì)菌或病毒，并傳染給人類。”
近日，27位著名遺傳學(xué)家在《科學(xué)》雜志上發(fā)表文章呼吁，科學(xué)界應(yīng)向普通民眾澄清“基因驅(qū)動(dòng)”技術(shù)的利與弊，向人們解釋該技術(shù)可能會(huì)帶來(lái)災(zāi)難?？茖W(xué)家們表示，“它們的隱患極大，可能給人類健康、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及環(huán)境保護(hù)帶來(lái)全球性災(zāi)難。”
古爾維茲認(rèn)為，“基因驅(qū)動(dòng)”技術(shù)的具體使用方法應(yīng)該嚴(yán)格保密，和核武器技術(shù)一樣。但是，美國(guó)哈佛大學(xué)遺傳學(xué)家凱文-埃斯維爾特及其他26位科學(xué)家并不認(rèn)同古爾維茲的說(shuō)法，他們聲稱，完全公開(kāi)和透明是防止“基因驅(qū)動(dòng)”技術(shù)被用來(lái)制造生物武器的最佳方法?？茖W(xué)家們呼吁，應(yīng)制定一系列安全規(guī)程，要保證被基因修正的物種不得逃散至野生種群中，比如開(kāi)展相關(guān)實(shí)驗(yàn)只能在沒(méi)有相關(guān)野生種群的區(qū)域進(jìn)行。
4.Science：科學(xué)家稱基因滅蟲技術(shù)前景喜人卻面臨困境
doi:10.1126/science.aad6143
如果這種方法起作用，并通過(guò)監(jiān)管和倫理審批，那么“基因驅(qū)動(dòng)”可能是一種清除攜帶瘧疾蚊蟲的新方法。這個(gè)想法聽(tīng)起來(lái)簡(jiǎn)單誘人：通過(guò)在一群動(dòng)物中間迅速散布一種基因，可以阻止其傳播疾病，或者直接殺死如農(nóng)業(yè)害蟲等物種。但美國(guó)國(guó)家科學(xué)院、工程院和醫(yī)學(xué)院（NAS）近日在華盛頓特區(qū)主辦的一次研討會(huì)上明確表示，這種概念的核心，即基因驅(qū)動(dòng)技術(shù)當(dāng)前仍然面臨各種科學(xué)和監(jiān)管上的不確定性。因此，基因驅(qū)動(dòng)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用依然“任重而道遠(yuǎn)”，英國(guó)倫敦帝國(guó)學(xué)院人類遺傳學(xué)家Austin Burt說(shuō)。
NAS組織了一個(gè)委員會(huì)評(píng)估這一技術(shù)，該委員會(huì)組織了4次關(guān)于基因驅(qū)動(dòng)研究的科學(xué)、倫理和監(jiān)管信息研討會(huì)，此次在華盛頓舉行的會(huì)議為其中的第二次。援救人員討論了現(xiàn)有監(jiān)管和倫理框架是否足以指導(dǎo)和管制基因驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，會(huì)議報(bào)告稱，目前仍須了解更多關(guān)于基因驅(qū)動(dòng)技術(shù)的生態(tài)效應(yīng)、基因驅(qū)動(dòng)目標(biāo)的具體性以及研究人員在某個(gè)種群之間進(jìn)行基因改變的有效性。“很明顯，關(guān)于這個(gè)系統(tǒng)，我們知道的是如此之少。”弗吉尼亞理工學(xué)院暨州立大學(xué)分子遺傳學(xué)家Zach Adelman說(shuō)。但Burt表示，考慮到目前基因驅(qū)動(dòng)技術(shù)仍處于早期研究階段，因此NAS有充分的時(shí)間就這個(gè)問(wèn)題理清頭緒。
5.PNAS：用于瘧蚊控制的基因驅(qū)動(dòng)
doi:10.1073/pnas.1521077112
在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自美國(guó)加州大學(xué)歐文分校的研究人員開(kāi)發(fā)出一種基于CRISPR/Cas9的基因驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原型，用于對(duì)蚊子基因改造，以便抵抗瘧原蟲產(chǎn)生的耐藥性。
具體而言，他們構(gòu)建出一種基于CRISPR/Cas9的基因驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)⒁环N抗瘧原蟲基因?qū)氲轿米又校⒓右詳U(kuò)散。在一項(xiàng)以斯氏按蚊（Anopheles stephensi）為研究對(duì)象的概念驗(yàn)證中，他們證實(shí)這種經(jīng)過(guò)改造的基因驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠在蚊子中傳播一種雙重抗瘧原蟲效應(yīng)基因。這種基因靶向惡性瘧原蟲在感染階段產(chǎn)生的兩種關(guān)鍵蛋白，并且一個(gè)高度特異性的基因轉(zhuǎn)換時(shí)間中，它在雄性和雌性蚊子譜系中擴(kuò)散。
6.首次在哺乳動(dòng)物中實(shí)現(xiàn)“基因驅(qū)動(dòng)”，可用于清除物種入侵
一些與美國(guó)保護(hù)組織合作的科學(xué)家聲稱，他們首次成功地在哺乳動(dòng)物中建立了一種被稱作“基因驅(qū)動(dòng)”的技術(shù)，并且可以利用它來(lái)消滅在島上搶奪海鳥生存空間的侵入性嚙齒動(dòng)物。
目前有分別來(lái)自澳大利亞和德克薩斯州的兩個(gè)科學(xué)團(tuán)隊(duì)表示，他們對(duì)家鼠進(jìn)行了基因編輯，使其基因組包含了野生種群的一些基因特征。這些改良的嚙齒類動(dòng)物在最近兩個(gè)月才出生，因此還未有實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
另外，在哺乳動(dòng)物身上建立基因驅(qū)動(dòng)模型還得益于一個(gè)“保護(hù)島嶼”行動(dòng)的支持和努力。這是一個(gè)來(lái)自加州圣克魯茲的保護(hù)組織，他們的座右銘是“防止滅絕”，并專長(zhǎng)于在島中廣撒殺鼠劑來(lái)拯救瀕危海鳥。
但是殺鼠劑不能在大型或人口稠密的島嶼上用來(lái)殺滅嚙齒類動(dòng)物，這也是基因驅(qū)動(dòng)技術(shù)被該組織看好的原因。“我們正在尋找一些真正有創(chuàng)造性的方法”，該項(xiàng)目主任卡爾·坎貝爾說(shuō)。如果當(dāng)局允許該項(xiàng)目計(jì)劃的話，每年則可撥出約700萬(wàn)美元，讓他們能夠在一個(gè)偏遠(yuǎn)的島嶼上進(jìn)行初步試驗(yàn)，以加快技術(shù)開(kāi)發(fā)進(jìn)程。
7.Science：生物界“新寵”基因驅(qū)動(dòng)，消除瘧疾的“利器”
doi:10.1126/science.aal0797
作為一種可以修飾DNA遺傳的方法，“基因驅(qū)動(dòng)”可以使蚊子的遺傳物質(zhì)發(fā)生改變，最后甚至導(dǎo)致其數(shù)量驟減。科學(xué)家正在使用該方法來(lái)降低瘧疾傳播率，以保護(hù)非洲兒童免受瘧疾侵襲
。 如果我們知道決定瘧蚊關(guān)鍵性特征的基因或基因變異，如與原蟲轉(zhuǎn)陰及產(chǎn)卵等特性相關(guān)的基因，從理論上來(lái)說(shuō)就可以將某些基因修改引入蚊子種群來(lái)降低瘧疾傳播率。目前，研究人員已對(duì)多個(gè)種類的瘧蚊進(jìn)行了基因組測(cè)序，包括那些幾乎造成了非洲所有地方瘧疾傳播的瘧蚊。他們希望通過(guò)基因改造整個(gè)蚊子種群來(lái)保護(hù)非洲兒童免受瘧疾侵襲。
近日，來(lái)自亞利桑那州大學(xué)（Arizona State University）的進(jìn)化生態(tài)學(xué)家詹姆斯·科林斯（James Collins）在美國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)年度會(huì)議（AAAS）上關(guān)于“基因驅(qū)動(dòng)”消除瘧疾的專訪被Science刊發(fā)。
基于基因組編輯技術(shù)CRISPR的進(jìn)步，“基因驅(qū)動(dòng)”在抗寄生蟲領(lǐng)域也得到了重要運(yùn)用。但如美國(guó)科學(xué)、工程、醫(yī)學(xué)院（ National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine ）去年所言：由于對(duì)整個(gè)人口的遺傳信息的改造可能產(chǎn)生的意想不到的后果，因此其在釋放到任何環(huán)境中時(shí)都應(yīng)該采取廣泛的測(cè)試。
8.Science：防范與管理新興技術(shù)
doi:10.1126/science.aah5125
在一項(xiàng)新的研究中，美國(guó)海斯汀中心（The Hastings Center）研究學(xué)者Gregory Kaebnick作出結(jié)論，鑒于管理新興技術(shù)需要對(duì)技術(shù)的使用進(jìn)行限制，這是因?yàn)檫@些技術(shù)的潛在傷害和其他后果是高度不確定性的，在管理新興技術(shù)時(shí)采取的防范方法經(jīng)常被批評(píng)為反映“風(fēng)險(xiǎn)恐慌”，但是防范能夠與對(duì)科學(xué)的支持是相一致的。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2016年11月11日那期Science期刊上，論文標(biāo)題為“Precaution and governance of emerging technologies”。
這篇論文討論了在基因驅(qū)動(dòng)（gene drive）的情形下，采取防范方法的益處，其中基因驅(qū)動(dòng)有望解決根除蚊媒傳染病和保護(hù)瀕危物種等長(zhǎng)期存在的問(wèn)題但也會(huì)冒著傷害整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的技術(shù)。Kaebnick是美國(guó)國(guó)家科學(xué)、工程與醫(yī)學(xué)研究院（U.S. National Academies of Science, Engineering, and Medicine, NASEM）基因驅(qū)動(dòng)委員會(huì)的成員。該委員會(huì)在去年夏天發(fā)布一篇推薦采取防范方法的報(bào)告。他的論文共同作者是這個(gè)委員會(huì)的一些成員和員工。
這篇論文詳細(xì)敘述NASEM這篇報(bào)告提出的建議。不是對(duì)所有關(guān)于基因驅(qū)動(dòng)的研究采取防范方法---比如暫停所有這方面的研究直到嚴(yán)格的全球監(jiān)管措施被執(zhí)行，這篇報(bào)告號(hào)召采取“針對(duì)性的但有意義的措施”。這樣的措施會(huì)鑒定出特定的易于控制的擔(dān)憂，比如基因驅(qū)動(dòng)能夠?qū)τ袡C(jī)體的基因組產(chǎn)生不想要的影響，一種基因驅(qū)動(dòng)修飾的有機(jī)體能夠?qū)σ环N生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不想要的影響，而且對(duì)什么是“不想要的”影響可能在不同人之間差異較大。
9.Science：在實(shí)驗(yàn)室中開(kāi)展基因驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)應(yīng)謹(jǐn)慎
doi:10.1126/science.aac7932
近期，來(lái)自美國(guó)、英國(guó)和日本的研究人員探討了開(kāi)發(fā)基于CRISPR的基因驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并指出在實(shí)驗(yàn)室中開(kāi)展這種基因驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)慎之又慎。相關(guān)探討結(jié)果發(fā)表在Science期刊上，標(biāo)題為“Safeguarding gene drive experiments in the laboratory”。
Valentino Gantz和Ethan Bier之前利用CRISPR/Cas9基因編輯系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，開(kāi)展基因驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)：他們開(kāi)發(fā)出一種被稱作突變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（Mutagenic Chain Reaction, MCR）的系統(tǒng)。利用MCR系統(tǒng)，他們可將一種雜種突變轉(zhuǎn)化為一種純合突變。他們已在果蠅體內(nèi)證實(shí)了MCR系統(tǒng)的有效性：在97%的情形下，它可將攜帶的突變導(dǎo)入到染色體的靶位點(diǎn)上。
雖然這些研究人員采用嚴(yán)格的屏蔽方法和額外的預(yù)防措施，但是一些科學(xué)家仍然認(rèn)為在未來(lái)，在實(shí)驗(yàn)室中操縱基于CRISPR的實(shí)驗(yàn)，應(yīng)當(dāng)尤為謹(jǐn)慎。
最后，這些研究人員建議，在基因組上開(kāi)展基因驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)多采用替代方法，從而降低帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。
基因驅(qū)動(dòng)（gene drive），最早在2003年由倫敦帝國(guó)理工學(xué)院進(jìn)化遺傳學(xué)家Austin Burt提出，是一個(gè)能夠快速將特定性狀擴(kuò)散到群體中去的系統(tǒng)。一般來(lái)說(shuō)物種中都會(huì)存在這樣一些基因，它們?cè)诜敝车倪^(guò)程被遺傳的概率比普通基因高出50%。因此，這些基因就可以很容易在群體中散播，即使它們可能導(dǎo)致個(gè)體的適應(yīng)性下降。借由與這些特殊基因類似的遺傳“偏向性”，基因驅(qū)動(dòng)在理論上可將這些人為改造的基因散播到野生群體中。而這些改造可以包括基因的增添、破壞或者修飾，也可以包括減少個(gè)體的生育能力從而可能導(dǎo)致整個(gè)物種的毀滅。
人工改造的基因驅(qū)動(dòng)有潛力將所需的基因在野生種群（wild population）中擴(kuò)散，或者抑制有害的生物物種。因有潛力控制諸如攜帶寨卡病毒（Zika virus）、瘧原蟲和登革熱病毒的蚊子之類的有機(jī)體，它最近獲得了人們的大量關(guān)注。
基于此，小編針對(duì)基因驅(qū)動(dòng)研究取得的進(jìn)展以及引起的爭(zhēng)論，進(jìn)行一番盤點(diǎn)，以饗讀者。
1.Nat Rev Genet：人工改造的基因驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)操縱野生種群命運(yùn)
doi:10.1038/nrg.2015.34
Akbari是加州大學(xué)河濱分校病媒研究中心和整合基因組生物學(xué)研究所的一名研究員，也是這篇發(fā)表在Nature Review Genetics期刊上標(biāo)題為“Cheating evolution: engineering gene drives to manipulate the fate of wild populations”的文章的通信作者。這篇文章的其他作者還有Jackson Champer和Anna Buchman，這兩位都是與Akbari一起工作的博士后。
在這篇文章中，作者們著重關(guān)注了幾種類型的基因驅(qū)動(dòng)，包括基于歸巢內(nèi)切酶的基因驅(qū)動(dòng)、性連鎖減數(shù)分裂驅(qū)動(dòng)、medea 基因驅(qū)動(dòng)和顯性不足基因驅(qū)動(dòng)。他們從不同的屬性上描述了這些基因驅(qū)動(dòng)，包括擴(kuò)散速率、物種特異性、適合度代價(jià)（fitness cost）、抵抗易感性、可移除性和可逆性。
他們還討論了這些基因驅(qū)動(dòng)是否歸于修飾驅(qū)動(dòng)（modification drive）類型或抑制驅(qū)動(dòng)（suppression drive）類型，其中修飾驅(qū)動(dòng)旨在將目標(biāo)性狀在群體之間進(jìn)行擴(kuò)散，而抑制驅(qū)動(dòng)具有降低目標(biāo)物種群體的效果。
最后，作者們提出安全和監(jiān)管問(wèn)題。他們提出與基因驅(qū)動(dòng)相關(guān)的威脅，包括導(dǎo)致靶物種滅絕、擴(kuò)散到目標(biāo)地理區(qū)域之外的地方和影響另外一種物種的潛力，以及導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失甚至生物恐怖主義的潛在濫用。
2.Nat Biotechnol：提出解決CRISPR基因驅(qū)動(dòng)問(wèn)題的方法
doi:10.1038/nbt.3412
在一項(xiàng)新的研究中，美國(guó)哈佛醫(yī)學(xué)院遺傳學(xué)教授George Church和哈佛醫(yī)學(xué)院生物工程師Kevin Esvelt博士領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)提出了利用基因驅(qū)動(dòng)開(kāi)展研究實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)有效而又安全的保障機(jī)制并且提供首個(gè)逆轉(zhuǎn)基因驅(qū)動(dòng)擴(kuò)散導(dǎo)致的改變的方法。
他們通過(guò)讓分開(kāi)向?qū)NA和Cas9，使得它們不在同一個(gè)生物體內(nèi)共同表達(dá)，或者插入一個(gè)人工序列到靶基因中，這樣基因驅(qū)動(dòng)僅在實(shí)驗(yàn)室的有機(jī)體中被激活，因此無(wú)法在野外發(fā)揮作用。
他們還在酵母中證實(shí)能夠逆轉(zhuǎn)基因驅(qū)動(dòng)給有機(jī)體群體施加的一種性狀。
3.基因驅(qū)動(dòng)技術(shù)或可被恐怖分子利用研制生物武器
新聞來(lái)源：'Gene drive': Scientists sound alarm over supercharged GM organisms which could spread in the wild and cause environmental disasters
據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，一種被稱為“基因驅(qū)動(dòng)”的基因技術(shù)近期引起了科學(xué)家們的擔(dān)憂。“基因驅(qū)動(dòng)”技術(shù)可以令兩只昆蟲交配時(shí)產(chǎn)生基因突變，形成的“超動(dòng)力基因”可遺傳至下一代。科學(xué)家警告稱，這一技術(shù)如果被恐怖分子利用，就可能生產(chǎn)出傳播致命疾病的“基因修正”昆蟲，從而導(dǎo)致一場(chǎng)史無(wú)前例的環(huán)境災(zāi)難。
以色列特拉維夫大學(xué)遺傳學(xué)家大衛(wèi)-古爾維茲介紹說(shuō)，“基因驅(qū)動(dòng)”技術(shù)可以令兩只昆蟲交配時(shí)產(chǎn)生基因突變，而且極有可能將這種突變基因遺傳至下一代。研究人員將這一技術(shù)比作“無(wú)法停止的核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”，因?yàn)榛蚪?jīng)修改后遺傳至后代，而不管是否會(huì)對(duì)后代有害。
理論上來(lái)說(shuō)，如果“基因驅(qū)動(dòng)”技術(shù)被合法利用，可用于消滅經(jīng)蚊子傳播的疾病，如瘧疾、黃熱病等。但是，如果被某些人惡意利用，則經(jīng)基因修改后的昆蟲可用來(lái)大規(guī)律傳播致命疾病。古爾維茲解釋說(shuō)，“正如‘基因驅(qū)動(dòng)’技術(shù)可以讓蚊子不再攜帶和傳播瘧疾一樣，該技術(shù)也可以用來(lái)修改蚊子基因，讓蚊子攜帶致命細(xì)菌或病毒，并傳染給人類。”
近日，27位著名遺傳學(xué)家在《科學(xué)》雜志上發(fā)表文章呼吁，科學(xué)界應(yīng)向普通民眾澄清“基因驅(qū)動(dòng)”技術(shù)的利與弊，向人們解釋該技術(shù)可能會(huì)帶來(lái)災(zāi)難?？茖W(xué)家們表示，“它們的隱患極大，可能給人類健康、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及環(huán)境保護(hù)帶來(lái)全球性災(zāi)難。”
古爾維茲認(rèn)為，“基因驅(qū)動(dòng)”技術(shù)的具體使用方法應(yīng)該嚴(yán)格保密，和核武器技術(shù)一樣。但是，美國(guó)哈佛大學(xué)遺傳學(xué)家凱文-埃斯維爾特及其他26位科學(xué)家并不認(rèn)同古爾維茲的說(shuō)法，他們聲稱，完全公開(kāi)和透明是防止“基因驅(qū)動(dòng)”技術(shù)被用來(lái)制造生物武器的最佳方法?？茖W(xué)家們呼吁，應(yīng)制定一系列安全規(guī)程，要保證被基因修正的物種不得逃散至野生種群中，比如開(kāi)展相關(guān)實(shí)驗(yàn)只能在沒(méi)有相關(guān)野生種群的區(qū)域進(jìn)行。
4.Science：科學(xué)家稱基因滅蟲技術(shù)前景喜人卻面臨困境
doi:10.1126/science.aad6143
如果這種方法起作用，并通過(guò)監(jiān)管和倫理審批，那么“基因驅(qū)動(dòng)”可能是一種清除攜帶瘧疾蚊蟲的新方法。這個(gè)想法聽(tīng)起來(lái)簡(jiǎn)單誘人：通過(guò)在一群動(dòng)物中間迅速散布一種基因，可以阻止其傳播疾病，或者直接殺死如農(nóng)業(yè)害蟲等物種。但美國(guó)國(guó)家科學(xué)院、工程院和醫(yī)學(xué)院（NAS）近日在華盛頓特區(qū)主辦的一次研討會(huì)上明確表示，這種概念的核心，即基因驅(qū)動(dòng)技術(shù)當(dāng)前仍然面臨各種科學(xué)和監(jiān)管上的不確定性。因此，基因驅(qū)動(dòng)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用依然“任重而道遠(yuǎn)”，英國(guó)倫敦帝國(guó)學(xué)院人類遺傳學(xué)家Austin Burt說(shuō)。
NAS組織了一個(gè)委員會(huì)評(píng)估這一技術(shù)，該委員會(huì)組織了4次關(guān)于基因驅(qū)動(dòng)研究的科學(xué)、倫理和監(jiān)管信息研討會(huì)，此次在華盛頓舉行的會(huì)議為其中的第二次。援救人員討論了現(xiàn)有監(jiān)管和倫理框架是否足以指導(dǎo)和管制基因驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，會(huì)議報(bào)告稱，目前仍須了解更多關(guān)于基因驅(qū)動(dòng)技術(shù)的生態(tài)效應(yīng)、基因驅(qū)動(dòng)目標(biāo)的具體性以及研究人員在某個(gè)種群之間進(jìn)行基因改變的有效性。“很明顯，關(guān)于這個(gè)系統(tǒng)，我們知道的是如此之少。”弗吉尼亞理工學(xué)院暨州立大學(xué)分子遺傳學(xué)家Zach Adelman說(shuō)。但Burt表示，考慮到目前基因驅(qū)動(dòng)技術(shù)仍處于早期研究階段，因此NAS有充分的時(shí)間就這個(gè)問(wèn)題理清頭緒。
5.PNAS：用于瘧蚊控制的基因驅(qū)動(dòng)
doi:10.1073/pnas.1521077112
在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自美國(guó)加州大學(xué)歐文分校的研究人員開(kāi)發(fā)出一種基于CRISPR/Cas9的基因驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原型，用于對(duì)蚊子基因改造，以便抵抗瘧原蟲產(chǎn)生的耐藥性。
具體而言，他們構(gòu)建出一種基于CRISPR/Cas9的基因驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)⒁环N抗瘧原蟲基因?qū)氲轿米又校⒓右詳U(kuò)散。在一項(xiàng)以斯氏按蚊（Anopheles stephensi）為研究對(duì)象的概念驗(yàn)證中，他們證實(shí)這種經(jīng)過(guò)改造的基因驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠在蚊子中傳播一種雙重抗瘧原蟲效應(yīng)基因。這種基因靶向惡性瘧原蟲在感染階段產(chǎn)生的兩種關(guān)鍵蛋白，并且一個(gè)高度特異性的基因轉(zhuǎn)換時(shí)間中，它在雄性和雌性蚊子譜系中擴(kuò)散。
6.首次在哺乳動(dòng)物中實(shí)現(xiàn)“基因驅(qū)動(dòng)”，可用于清除物種入侵
目前有分別來(lái)自澳大利亞和德克薩斯州的兩個(gè)科學(xué)團(tuán)隊(duì)表示，他們對(duì)家鼠進(jìn)行了基因編輯，使其基因組包含了野生種群的一些基因特征。這些改良的嚙齒類動(dòng)物在最近兩個(gè)月才出生，因此還未有實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
另外，在哺乳動(dòng)物身上建立基因驅(qū)動(dòng)模型還得益于一個(gè)“保護(hù)島嶼”行動(dòng)的支持和努力。這是一個(gè)來(lái)自加州圣克魯茲的保護(hù)組織，他們的座右銘是“防止滅絕”，并專長(zhǎng)于在島中廣撒殺鼠劑來(lái)拯救瀕危海鳥。
但是殺鼠劑不能在大型或人口稠密的島嶼上用來(lái)殺滅嚙齒類動(dòng)物，這也是基因驅(qū)動(dòng)技術(shù)被該組織看好的原因。“我們正在尋找一些真正有創(chuàng)造性的方法”，該項(xiàng)目主任卡爾·坎貝爾說(shuō)。如果當(dāng)局允許該項(xiàng)目計(jì)劃的話，每年則可撥出約700萬(wàn)美元，讓他們能夠在一個(gè)偏遠(yuǎn)的島嶼上進(jìn)行初步試驗(yàn)，以加快技術(shù)開(kāi)發(fā)進(jìn)程。
7.Science：生物界“新寵”基因驅(qū)動(dòng)，消除瘧疾的“利器”
doi:10.1126/science.aal0797
作為一種可以修飾DNA遺傳的方法，“基因驅(qū)動(dòng)”可以使蚊子的遺傳物質(zhì)發(fā)生改變，最后甚至導(dǎo)致其數(shù)量驟減。科學(xué)家正在使用該方法來(lái)降低瘧疾傳播率，以保護(hù)非洲兒童免受瘧疾侵襲
。 如果我們知道決定瘧蚊關(guān)鍵性特征的基因或基因變異，如與原蟲轉(zhuǎn)陰及產(chǎn)卵等特性相關(guān)的基因，從理論上來(lái)說(shuō)就可以將某些基因修改引入蚊子種群來(lái)降低瘧疾傳播率。目前，研究人員已對(duì)多個(gè)種類的瘧蚊進(jìn)行了基因組測(cè)序，包括那些幾乎造成了非洲所有地方瘧疾傳播的瘧蚊。他們希望通過(guò)基因改造整個(gè)蚊子種群來(lái)保護(hù)非洲兒童免受瘧疾侵襲。
近日，來(lái)自亞利桑那州大學(xué)（Arizona State University）的進(jìn)化生態(tài)學(xué)家詹姆斯·科林斯（James Collins）在美國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)年度會(huì)議（AAAS）上關(guān)于“基因驅(qū)動(dòng)”消除瘧疾的專訪被Science刊發(fā)。
基于基因組編輯技術(shù)CRISPR的進(jìn)步，“基因驅(qū)動(dòng)”在抗寄生蟲領(lǐng)域也得到了重要運(yùn)用。但如美國(guó)科學(xué)、工程、醫(yī)學(xué)院（ National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine ）去年所言：由于對(duì)整個(gè)人口的遺傳信息的改造可能產(chǎn)生的意想不到的后果，因此其在釋放到任何環(huán)境中時(shí)都應(yīng)該采取廣泛的測(cè)試。
8.Science：防范與管理新興技術(shù)
doi:10.1126/science.aah5125
在一項(xiàng)新的研究中，美國(guó)海斯汀中心（The Hastings Center）研究學(xué)者Gregory Kaebnick作出結(jié)論，鑒于管理新興技術(shù)需要對(duì)技術(shù)的使用進(jìn)行限制，這是因?yàn)檫@些技術(shù)的潛在傷害和其他后果是高度不確定性的，在管理新興技術(shù)時(shí)采取的防范方法經(jīng)常被批評(píng)為反映“風(fēng)險(xiǎn)恐慌”，但是防范能夠與對(duì)科學(xué)的支持是相一致的。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2016年11月11日那期Science期刊上，論文標(biāo)題為“Precaution and governance of emerging technologies”。
這篇論文討論了在基因驅(qū)動(dòng)（gene drive）的情形下，采取防范方法的益處，其中基因驅(qū)動(dòng)有望解決根除蚊媒傳染病和保護(hù)瀕危物種等長(zhǎng)期存在的問(wèn)題但也會(huì)冒著傷害整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的技術(shù)。Kaebnick是美國(guó)國(guó)家科學(xué)、工程與醫(yī)學(xué)研究院（U.S. National Academies of Science, Engineering, and Medicine, NASEM）基因驅(qū)動(dòng)委員會(huì)的成員。該委員會(huì)在去年夏天發(fā)布一篇推薦采取防范方法的報(bào)告。他的論文共同作者是這個(gè)委員會(huì)的一些成員和員工。
這篇論文詳細(xì)敘述NASEM這篇報(bào)告提出的建議。不是對(duì)所有關(guān)于基因驅(qū)動(dòng)的研究采取防范方法---比如暫停所有這方面的研究直到嚴(yán)格的全球監(jiān)管措施被執(zhí)行，這篇報(bào)告號(hào)召采取“針對(duì)性的但有意義的措施”。這樣的措施會(huì)鑒定出特定的易于控制的擔(dān)憂，比如基因驅(qū)動(dòng)能夠?qū)τ袡C(jī)體的基因組產(chǎn)生不想要的影響，一種基因驅(qū)動(dòng)修飾的有機(jī)體能夠?qū)σ环N生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不想要的影響，而且對(duì)什么是“不想要的”影響可能在不同人之間差異較大。
9.Science：在實(shí)驗(yàn)室中開(kāi)展基因驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)應(yīng)謹(jǐn)慎
doi:10.1126/science.aac7932
圖片來(lái)自Caroline Davis2010/Flickr。
Valentino Gantz和Ethan Bier之前利用CRISPR/Cas9基因編輯系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，開(kāi)展基因驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)：他們開(kāi)發(fā)出一種被稱作突變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（Mutagenic Chain Reaction, MCR）的系統(tǒng)。利用MCR系統(tǒng)，他們可將一種雜種突變轉(zhuǎn)化為一種純合突變。他們已在果蠅體內(nèi)證實(shí)了MCR系統(tǒng)的有效性：在97%的情形下，它可將攜帶的突變導(dǎo)入到染色體的靶位點(diǎn)上。
雖然這些研究人員采用嚴(yán)格的屏蔽方法和額外的預(yù)防措施，但是一些科學(xué)家仍然認(rèn)為在未來(lái)，在實(shí)驗(yàn)室中操縱基于CRISPR的實(shí)驗(yàn)，應(yīng)當(dāng)尤為謹(jǐn)慎。
最后，這些研究人員建議，在基因組上開(kāi)展基因驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)多采用替代方法，從而降低帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。
