飽受爭議的"基因驅動"技術完成首次哺乳動物實驗

   　　2018年08月14日 10:42 新浪科技綜合

　　　來源：Nature自然科研

　　小鼠實驗顯示，要將基因驅動用來控制野外害蟲，還有很長的路要走。

　　基因驅動技術具有改變整個物種基因組的能力，最近，這項飽受爭議的技術終於完成了在哺乳動物身上的首次實驗，相關論文於7月4日發布在預印本伺服器bioRxiv上。論文介紹了如何運用CRISPR基因編輯技術在實驗小鼠身上實現「基因驅動」——基因驅動可以將有問題的動物種群徹底消滅。

　　

　　小鼠是第一種被用來測試基因驅動技術的哺乳動物。來源：Stuart Wilson/Science Photo Library

　　基因驅動能確保特定的突變會遺傳給動物的幾乎全部子代。為了尋找潛在的瘧疾控制手段，研究人員此前在實驗室將基因驅動技術應用在了蚊子身上。他們認為基因驅動也許可用於消滅入侵的大鼠、小鼠和嚙齒類害蟲。不過科學家表示，最新的研究成果意味著這種期望在短期內無法實現。基因驅動在實驗小鼠中的效果參差不齊，無數的技術障礙仍待解決，因此研究人員暫不打算在野外「釋放」這一技術。

　　澳大利亞阿德萊德大學的發育遺傳學家Paul Thomas未參與此項研究，但他表示，「有跡象表明基因驅動是能做成的，但這需要經過審慎的思考。」他還表示，「在基因驅動能有效控制嚙齒類動物種群之前還有很多功課要做。」Thomas的實驗室也在從事類似研究，他們參與的國際研究聯盟正在利用基因驅動對抗嚙齒類動物入侵。

　　基因驅動通過對自然遺傳進行干預，使更大比例的生物體後代遺傳某種特定的「自私」基因，以達到某個突變或外源基因在種群中快速擴散的目的。基因驅動在小鼠等動物身上會自然發生，作用方式是讓生物體死亡或不育。

　　隨著革命性的CRISPR-Cas9基因編輯工具的問世，開發合成基因驅動以消滅問題物種的方法也應運而生。例如，讓傳播瘧疾的野生蚊子的後代失去繁殖能力。基因驅動一直頗受爭議。這是因為一旦把攜帶基因驅動的生物釋放至野外，人們便很難對這些生物進行控制。

　　加州大學聖迭戈分校的發育遺傳學家Kim Cooper的團隊並不打算開發出讓實驗小鼠（小家鼠）不育的基因驅動，而是選擇為這項技術搭建測試平台，他們相信這樣會有助於基礎研究：他們偏向的是讓小鼠長出全白皮毛的突變，而不是讓小鼠喪失繁殖能力的突變。

　　基於CRISPR的基因驅動技術運用基因編輯工具把一條染色體上的某個突變複製到另一條染色體上，這通常在動物早期發育階段完成。Cooper團隊曾在小鼠胚胎中進行過這種嘗試，但突變有時無法正確複製，而且只能在雌性胚胎上複製。

　　據Cooper團隊估計，這種做法可以使一種突變平均遺傳給雌性小鼠的後代，而根據正常遺傳規律，大多數基因一般只能遺傳給50%的後代。由於研究成果尚未在同行評議期刊中發表，Cooper拒絕對她團隊的工作進行評論。

　　Tony Nolan是倫敦帝國理工學院的一名分子生物學家，他參與的團隊正在開發針對傳播瘧疾的蚊子的基因驅動。讓Nolan無比興奮的是，他看到了基因驅動至少能在嚙齒類動物中發揮作用。他說，即使這項技術無法根除某些生物，但能用來培育轉基因動物模型，模擬由不同突變導致的疾病，在這方面它能超越所有現有技術。

　　其他研究人員肯定了這項研究的重要性，但是也指出它揭示了基因驅動技術在嚙齒類動物中的應用還有多遠的路要走。從事CRISPR研究的澳大利亞國立大學遺傳學家Gaétan Burgio 表示，「你能想象『基因驅動生物』被釋放至野外嗎？這根本不可能。」 基因驅動效率偏低，意味著它需要經過許多代才能完成在某個嚙齒類動物的整個種群中的擴散，這也讓物種有更多的時間演化出抗性。

　　Thomas形容這項研究結果是在嚙齒類動物中開發基因驅動的 一次「現實核查」。他說：「這能讓我們明白未來還要付出多少努力。」將來的工作應專註於提高該技術的效率，以及搞清楚為何基因驅動在雄性小鼠中不起作用。

　　Thomas是「入侵性嚙齒類動物遺傳生物防治」（GBIRd）聯盟的成員，GBIRd研究如何對大鼠和小鼠實施基因驅動。

　　CRISPR基因驅動技術並不是GBIRd應對入侵性嚙齒類動物的唯一策略。GBIRd成員David Threadgill是美國德克薩斯農工大學的遺傳學家，他的團隊正在研究一種小鼠與生俱來的基因驅動，叫做t-單倍型（t-haplotype）。研究團隊計劃對這個自私基因進行修飾，讓小鼠無法繁殖雌性後代：攜帶兩個拷貝的雌性小鼠只能生下雄性後代，可能最終導致種群滅亡。

　　加州聖克魯斯島嶼保育局是GBIRd的合作機構，保育局局長Heath Packard表示，如果要證明基因驅動技術控制嚙齒類動物的有效性，最佳測試基地就是島嶼。

　　把用來清除小島上嚙齒類動物的殺蟲劑用在大島上是很危險的，Packard認為這是因為大島上的生態系統更複雜，島上居民也更多。在島上進行基因驅動實驗有助於實施控制，是一項值得投資的技術。Packard還表示，「我們希望基因驅動能幫助恢復島嶼生態群落，但我們不確定到底有沒有用。