編譯 楊

短尾鼬鼠，又稱白鼬，自引進(jìn)新西蘭后對當(dāng)?shù)伉B類群落造成極大破壞。改變外來入侵物種的基因有可能可以拯救那些因此受到威脅的物種，但可能也會造成可怕后果

2012年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種能夠精確編輯基因的新辦法，這種被命名為CRISPR的技術(shù)讓許多誘人設(shè)想的實(shí)現(xiàn)成為可能，比如說，科學(xué)家想要利用這一技術(shù)去治愈遺傳性疾病或者去發(fā)明新的農(nóng)作物。

來自哈佛大學(xué)的凱文.埃斯維特（Kevin M. Esvelt）和他的同事當(dāng)時(shí)也有一個極為誘人的想法：利用CRISPR技術(shù)往外來入侵動物植入減育基因（這類基因也可稱為基因驅(qū)動），從而把那些瀕危的野生動物從滅絕邊緣拯救回來。當(dāng)基因改造動物被釋放回野外，減育基因就能擴(kuò)散到種群之中，從而根除這些害蟲。

這一想法吸引了那些花費(fèi)數(shù)十年與外來入侵物種抗衡卻眼看就要輸了的保育生物學(xué)家，因此自2014年起就有實(shí)驗(yàn)室開始著手做起了預(yù)實(shí)驗(yàn)。而現(xiàn)在，3年過去了，埃斯維特博士卻希望自己從未提起過這個想法。

“我覺得我把它搞砸了。”如今已經(jīng)是麻省理工學(xué)院助理教授的埃斯維特博士在一次采訪中說道，并稱之為“一個令人尷尬的錯誤”。

他和他的同事最近發(fā)表在生物預(yù)印本文庫（biorxiv.org）的最新研究是讓他感到后悔的起源。在這一工作中，他們搭建了詳細(xì)的數(shù)學(xué)模型，用來預(yù)測在將CRISPR技術(shù)改造后的個體釋放回野外后會產(chǎn)生什么后果，而計(jì)算出的結(jié)果顯示此舉存在讓人難以承擔(dān)的高風(fēng)險(xiǎn)：改造后的基因可能會擴(kuò)散到?jīng)]有外來入侵物種的區(qū)域，而這些區(qū)域本身是具有完善結(jié)構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)的一部分。

埃斯維特博士和他的同事還在PLOS生物雜志上發(fā)表了對該項(xiàng)工作簡化版的評論，而他的同事依然堅(jiān)持基因驅(qū)動研究對于拯救受威脅物種是有價(jià)值的，只是研究者們需要先發(fā)明該技術(shù)的高安全版本。

埃斯維特博士和其他研究者還探究過基因驅(qū)動技術(shù)消除疾病的可能性，其中有較大進(jìn)展的項(xiàng)目是消滅瘧蚊。這些探究消除疾病的項(xiàng)目依舊是有望實(shí)現(xiàn)的，但埃斯維特博士警告說，科學(xué)家必須牢記基因驅(qū)動的強(qiáng)大性。

“對基因驅(qū)動技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)現(xiàn)是一項(xiàng)重要貢獻(xiàn)，”加州大學(xué)伯克利分校的數(shù)學(xué)生物學(xué)家約翰.馬歇爾（John M.Marshall）對這一研究做出如下評價(jià)，“像這樣研究正是我們需要的嚴(yán)謹(jǐn)分析的開始?！?/p>

CRISPR技術(shù)能夠構(gòu)建在細(xì)胞中找到特定DNA序列的分子，并且在找到后將該序列剪下來，讓這段序列可以被其他不同的序列替換掉。以入侵物種鼬鼠為例，這一技術(shù)能夠?qū)⒔档蜕芰Φ幕蛞氲谨蠡蛑腥?，但同時(shí)，這一技術(shù)也可能會將CRISPR技術(shù)所構(gòu)建的“剪刀”分子自身的基因也引入進(jìn)去，這會讓鼬鼠能夠?qū)ψ陨淼幕蚓哂芯庉嫷哪芰Α?/p>

鼬鼠只要遺傳到一個減育基因，就能復(fù)制成一對，并且傳遞給下一代。很快鼬鼠種群生育的后代會越來越少，直到整個種群被瓦解。

加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究者用實(shí)驗(yàn)室飼養(yǎng)的果蠅驗(yàn)證了這一預(yù)想，此后不久，埃斯維特博士的研究團(tuán)隊(duì)也在酵母中證實(shí)了這一過程能夠讓特定基因出現(xiàn)得更加頻繁。

美國國家科學(xué)院在2016年發(fā)布了關(guān)于基因驅(qū)動技術(shù)的研究報(bào)告。在專家們發(fā)現(xiàn)基因驅(qū)動技術(shù)存在許多潛在風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，美國國家科學(xué)院卻資助了更多基因驅(qū)動的研究，其中可能包括“高管控下的野外試驗(yàn)”。

所以如果真的有基因驅(qū)動在大自然中如野馬脫韁，那會有什么樣的后果呢？埃斯維特博士與哈佛大學(xué)研究生查爾斯頓.諾伯（Charleston Noble）以及其他同事合作，試圖做出有根據(jù)的推測。

研究者為此搭建了一個新的模型，該模型將出現(xiàn)CRISPR技術(shù)不能完成初始目標(biāo)的情況和在基因編輯過程中出現(xiàn)基因突變來保護(hù)目標(biāo)基因不被編輯的情況的頻率納入計(jì)算參數(shù)，而其計(jì)算結(jié)果揭示了基因驅(qū)動可以變得極具侵略性，可以通過極少的被編輯個體就能讓一個新基因散播遍布到種群中去。“只需要屈指可數(shù)的個體就可以實(shí)現(xiàn)?！卑Ｋ咕S特博士補(bǔ)充說。

這種侵略性也許對于鏟除無法通過毒餌或獵捕來阻止其入侵的諸如鼬鼠一類的外來入侵動物也許是件好事，但如果一旦有被基因編輯過的鼬鼠從入侵環(huán)境逃脫或者被有意帶去他處，那么基因驅(qū)動可能會很容易傳遍整個鼬鼠棲息地。

這大概意味著當(dāng)下，在現(xiàn)實(shí)生活中，基因驅(qū)動實(shí)驗(yàn)還是太具風(fēng)險(xiǎn)。

“野外試驗(yàn)的概念正是這一實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虮痪窒拊谝欢▍^(qū)域內(nèi)，”埃斯維特博士說，“我們的模型卻表明這并不是我們想的那樣?！薄斑@種具有侵略性和自我傳播的基因驅(qū)動系統(tǒng)在很多方面和外來入侵物種是相同的?！彼a(bǔ)充道。

但高安全版本的CRISPR技術(shù)可能也只是在其他地區(qū)無害，而在它們表現(xiàn)出侵略性的地區(qū)攻擊其他物種。目前，埃斯維特博士正在其實(shí)驗(yàn)室里研究一種在遺傳數(shù)代后可以自我摧毀的基因驅(qū)動系統(tǒng)。而其他研究者也試圖為島嶼上的外來入侵物種量身定做基因驅(qū)動系統(tǒng)，從而使其不能傷害到陸上的親緣動植物。

美國國家科學(xué)院基因驅(qū)動委員會聯(lián)合主席、亞利桑那州立大學(xué)進(jìn)化生態(tài)學(xué)家詹姆斯.柯林斯（James P. Collins）對這種量身定做的基因驅(qū)動系統(tǒng)表示可以接受，“通用型的基因驅(qū)動系統(tǒng)的確可能存在這些科學(xué)家所提到的負(fù)面問題?！?/p>

但當(dāng)考慮到將CRISPR技術(shù)應(yīng)用到消滅瘧疾時(shí)，埃斯維特博士卻從數(shù)據(jù)中得出了不一樣的結(jié)論。盡管閹割版基因驅(qū)動可能更容易受到調(diào)控，但也會因?yàn)槟芰ο魅醵鵁o法影響到種類繁多的瘧蚊種群，因此動用高傳播率的基因驅(qū)動系統(tǒng)也許更有必要。

埃斯維特博士的研究結(jié)果表明：如果一個國家決定施放這類基因工程編輯過的瘧蚊，那么不管鄰國樂意與否，他們都將成為這一實(shí)驗(yàn)無可避免的一份子。

也許在釋放這些基因修飾瘧蚊前應(yīng)該先達(dá)成國際共識?！斑@不該是壓在科學(xué)家身上的問題?！泵绹鴩铱茖W(xué)院基因驅(qū)動委員會會員、北卡羅來納州立大學(xué)社會學(xué)家杰森.德波爾恩（Jason A.Delborne）如此看待這一問題。

不過埃斯維特博士愿意身先士卒，“我自己有兩個孩子，”他說，“如果他們住在非洲，我的答案一定是肯定的?！?/p>

資料來源 The New York Times

責(zé)任編輯 彥隱

名詞解釋

● CRISPR 技 術(shù)：CRISPR原為細(xì)菌為了將病毒的外來入侵基因清除從而進(jìn)化出的免疫系統(tǒng)，全稱為Clustered regularly interspaced short palindromic repeats，即規(guī)律成簇的間隔短回文重復(fù)。這一系統(tǒng)就像是一把剪刀，利用這一系統(tǒng)，細(xì)菌可以將病毒基因從自己的染色體上切除。本文提及的CRSPR技術(shù)是指科學(xué)家基于CRISPR系統(tǒng)建立的基因編輯技術(shù)。

● 基因驅(qū)動技術(shù)與基因驅(qū)動：基因驅(qū)動技術(shù)是一種利用遺傳偏好將基因快速擴(kuò)散到群體中的強(qiáng)大技術(shù)，在日常生活中常被簡稱為基因驅(qū)動，而本文中的基因驅(qū)動特指通過基因驅(qū)動技術(shù)中快速擴(kuò)散的基因。

● 基因驅(qū)動技術(shù)，CRISPR技術(shù)與基因驅(qū)動的關(guān)系：CRISPR技術(shù)是基因驅(qū)動技術(shù)中的一種，通過CRISPR技術(shù)可以將基因驅(qū)動快速擴(kuò)散到群體中去，這包括特定基因和CRISPR“剪刀”的系統(tǒng)被統(tǒng)稱為CRISPR基因驅(qū)動系統(tǒng)。