基因驱动野外试验极具风险

编译 杨

短尾鼬鼠，又称白鼬，自引进新西兰后对当地鸟类群落造成极大破坏。改变外来入侵物种的基因有可能可以拯救那些因此受到威胁的物种，但可能也会造成可怕后果

2012年，科学家发现了一种能够精确编辑基因的新办法，这种被命名为CRISPR的技术让许多诱人设想的实现成为可能，比如说，科学家想要利用这一技术去治愈遗传性疾病或者去发明新的农作物。

来自哈佛大学的凯文.埃斯维特（Kevin M. Esvelt）和他的同事当时也有一个极为诱人的想法：利用CRISPR技术往外来入侵动物植入减育基因（这类基因也可称为基因驱动），从而把那些濒危的野生动物从灭绝边缘拯救回来。当基因改造动物被释放回野外，减育基因就能扩散到种群之中，从而根除这些害虫。

这一想法吸引了那些花费数十年与外来入侵物种抗衡却眼看就要输了的保育生物学家，因此自2014年起就有实验室开始着手做起了预实验。而现在，3年过去了，埃斯维特博士却希望自己从未提起过这个想法。

“我觉得我把它搞砸了。”如今已经是麻省理工学院助理教授的埃斯维特博士在一次采访中说道，并称之为“一个令人尴尬的错误”。

他和他的同事最近发表在生物预印本文库（biorxiv.org）的最新研究是让他感到后悔的起源。在这一工作中，他们搭建了详细的数学模型，用来预测在将CRISPR技术改造后的个体释放回野外后会产生什么后果，而计算出的结果显示此举存在让人难以承担的高风险：改造后的基因可能会扩散到没有外来入侵物种的区域，而这些区域本身是具有完善结构生态系统的一部分。

埃斯维特博士和他的同事还在PLOS生物杂志上发表了对该项工作简化版的评论，而他的同事依然坚持基因驱动研究对于拯救受威胁物种是有价值的，只是研究者们需要先发明该技术的高安全版本。

埃斯维特博士和其他研究者还探究过基因驱动技术消除疾病的可能性，其中有较大进展的项目是消灭疟蚊。这些探究消除疾病的项目依旧是有望实现的，但埃斯维特博士警告说，科学家必须牢记基因驱动的强大性。

“对基因驱动技术风险的发现是一项重要贡献，”加州大学伯克利分校的数学生物学家约翰.马歇尔（John M.Marshall）对这一研究做出如下评价，“像这样研究正是我们需要的严谨分析的开始。”

CRISPR技术能够构建在细胞中找到特定DNA序列的分子，并且在找到后将该序列剪下来，让这段序列可以被其他不同的序列替换掉。以入侵物种鼬鼠为例，这一技术能够将降低生育能力的基因引入到鼬鼠基因中去，但同时，这一技术也可能会将CRISPR技术所构建的“剪刀”分子自身的基因也引入进去，这会让鼬鼠能够对自身的基因具有编辑的能力。

鼬鼠只要遗传到一个减育基因，就能复制成一对，并且传递给下一代。很快鼬鼠种群生育的后代会越来越少，直到整个种群被瓦解。

加州大学圣地亚哥分校的研究者用实验室饲养的果蝇验证了这一预想，此后不久，埃斯维特博士的研究团队也在酵母中证实了这一过程能够让特定基因出现得更加频繁。

美国国家科学院在2016年发布了关于基因驱动技术的研究报告。在专家们发现基因驱动技术存在许多潜在风险的同时，美国国家科学院却资助了更多基因驱动的研究，其中可能包括“高管控下的野外试验”。

所以如果真的有基因驱动在大自然中如野马脱缰，那会有什么样的后果呢？埃斯维特博士与哈佛大学研究生查尔斯顿.诺伯（Charleston Noble）以及其他同事合作，试图做出有根据的推测。

研究者为此搭建了一个新的模型，该模型将出现CRISPR技术不能完成初始目标的情况和在基因编辑过程中出现基因突变来保护目标基因不被编辑的情况的频率纳入计算参数，而其计算结果揭示了基因驱动可以变得极具侵略性，可以通过极少的被编辑个体就能让一个新基因散播遍布到种群中去。“只需要屈指可数的个体就可以实现。”埃斯维特博士补充说。

这种侵略性也许对于铲除无法通过毒饵或猎捕来阻止其入侵的诸如鼬鼠一类的外来入侵动物也许是件好事，但如果一旦有被基因编辑过的鼬鼠从入侵环境逃脱或者被有意带去他处，那么基因驱动可能会很容易传遍整个鼬鼠栖息地。

这大概意味着当下，在现实生活中，基因驱动实验还是太具风险。

“野外试验的概念正是这一实验能够被局限在一定区域内，”埃斯维特博士说，“我们的模型却表明这并不是我们想的那样。”“这种具有侵略性和自我传播的基因驱动系统在很多方面和外来入侵物种是相同的。”他补充道。

但高安全版本的CRISPR技术可能也只是在其他地区无害，而在它们表现出侵略性的地区攻击其他物种。目前，埃斯维特博士正在其实验室里研究一种在遗传数代后可以自我摧毁的基因驱动系统。而其他研究者也试图为岛屿上的外来入侵物种量身定做基因驱动系统，从而使其不能伤害到陆上的亲缘动植物。

美国国家科学院基因驱动委员会联合主席、亚利桑那州立大学进化生态学家詹姆斯.柯林斯（James P. Collins）对这种量身定做的基因驱动系统表示可以接受，“通用型的基因驱动系统的确可能存在这些科学家所提到的负面问题。”

但当考虑到将CRISPR技术应用到消灭疟疾时，埃斯维特博士却从数据中得出了不一样的结论。尽管阉割版基因驱动可能更容易受到调控，但也会因为能力削弱而无法影响到种类繁多的疟蚊种群，因此动用高传播率的基因驱动系统也许更有必要。

埃斯维特博士的研究结果表明：如果一个国家决定施放这类基因工程编辑过的疟蚊，那么不管邻国乐意与否，他们都将成为这一实验无可避免的一份子。

也许在释放这些基因修饰疟蚊前应该先达成国际共识。“这不该是压在科学家身上的问题。”美国国家科学院基因驱动委员会会员、北卡罗来纳州立大学社会学家杰森.德波尔恩（Jason A.Delborne）如此看待这一问题。

不过埃斯维特博士愿意身先士卒，“我自己有两个孩子，”他说，“如果他们住在非洲，我的答案一定是肯定的。”

资料来源 The New York Times

责任编辑 彦隐

名词解释

● CRISPR 技 术：CRISPR原为细菌为了将病毒的外来入侵基因清除从而进化出的免疫系统，全称为Clustered regularly interspaced short palindromic repeats，即规律成簇的间隔短回文重复。这一系统就像是一把剪刀，利用这一系统，细菌可以将病毒基因从自己的染色体上切除。本文提及的CRSPR技术是指科学家基于CRISPR系统建立的基因编辑技术。

● 基因驱动技术与基因驱动：基因驱动技术是一种利用遗传偏好将基因快速扩散到群体中的强大技术，在日常生活中常被简称为基因驱动，而本文中的基因驱动特指通过基因驱动技术中快速扩散的基因。

● 基因驱动技术，CRISPR技术与基因驱动的关系：CRISPR技术是基因驱动技术中的一种，通过CRISPR技术可以将基因驱动快速扩散到群体中去，这包括特定基因和CRISPR“剪刀”的系统被统称为CRISPR基因驱动系统。