孔詩槐

進(jìn)化是生物學(xué)的基石，但它有時(shí)會(huì)威脅我們的健康，甚至我們的文明。那么我們該如何消除進(jìn)化的黑暗一面？

進(jìn)化的黑暗一面

進(jìn)化給地球帶來了各種各樣的生命，包括我們?nèi)祟悺５锏挠行┻M(jìn)化也有對人類不利的一面，而且從人類文明開始的時(shí)候，這些進(jìn)化就給我們添麻煩了。例如在農(nóng)業(yè)時(shí)代，農(nóng)民用手工除雜草時(shí)，留下了少量長得像農(nóng)作物的雜草，于是通過幾代的進(jìn)化，長得像農(nóng)作物的雜草變得越來越多。

在工業(yè)時(shí)代，有些進(jìn)化已經(jīng)成為一個(gè)很大的問題。如幾乎在我們開始使用青霉素治療感染、滴滴涕殺死蚊子和除草劑消滅雜草的時(shí)候，這些生物的耐藥性就開始出現(xiàn)。原因很簡單：當(dāng)我們試圖消滅害蟲和病原體時(shí)，我們給它們施加了巨大的生存壓力，迫使它們要么死亡、要么進(jìn)化。如果一種毒藥不是完全有效的話，那些存活下來的個(gè)體可能會(huì)對它有一些抵抗力，它們的后代會(huì)繼承這種能力，一些后代甚至?xí)l(fā)生變異，使自己更有抵抗力。在反復(fù)接觸毒藥的情況下，生物種群會(huì)迅速進(jìn)化出耐藥性。

例如，藥物華法林在1948年首次被用來殺老鼠，在10年之后許多老鼠就對華法林產(chǎn)生了耐藥性。至于細(xì)菌和病毒等能快速繁殖的微生物，它們產(chǎn)生耐藥性的過程可能只需要幾天或幾個(gè)小時(shí)。

甚至在我們體內(nèi)，有害的進(jìn)化都在發(fā)生。癌癥就是細(xì)胞通過不斷進(jìn)化獲得不受控增殖能力引發(fā)的疾病。細(xì)胞癌變后，它們不僅能抵抗殺死它們的藥物，同時(shí)也能躲避免疫系統(tǒng)的攻擊，誘騙身體為它們提供食物和氧氣，并在身體內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)散。

進(jìn)化也能解釋為什么一些我們馴化或改造過的微生物有時(shí)會(huì)變得“不再聽話”。例如，脊髓灰質(zhì)炎疫苗是一種毒性被削弱了的病毒，但它總是趨向于進(jìn)化成原來能導(dǎo)致疾病的病毒。而用于食品制造和釀酒的酵母菌往往會(huì)隨著時(shí)間的推移而進(jìn)化，許多酵母菌的發(fā)酵能力往往會(huì)降低。

已取得的勝利

那么我們該如何阻止這些我們不喜歡的進(jìn)化？

阻止進(jìn)化，這聽起來可能有點(diǎn)狂妄自大，但同有害進(jìn)化斗爭的過程中，我們已經(jīng)取得了一些勝利。

例如，用于治療艾滋病的雞尾酒療法就是一個(gè)典型的例子。雞尾酒療法就是將三種或三種以上的抗病毒藥物聯(lián)合使用來治療艾滋病，這樣會(huì)使艾滋病病毒很難同時(shí)對這些藥物產(chǎn)生抗藥性。醫(yī)生們在上個(gè)世紀(jì)90年代開始采用雞尾酒療法，延長了數(shù)百萬患者的生命。

有時(shí)，阻止這些生物的進(jìn)化只需要將促使進(jìn)化的環(huán)境壓力消除就可以了。例如在日本，一種能讓水稻患上稻瘟病的真菌能在短短三年內(nèi)就對一種新的殺菌劑產(chǎn)生了耐藥性。但當(dāng)農(nóng)民停止使用殺菌劑后，這種耐藥真菌在四年內(nèi)就消失了。

甚至，有些時(shí)候，要阻止一些生物的進(jìn)化，完全沒有必要停止使用殺蟲劑或殺菌劑，你只需要確保有一些沒有進(jìn)化的害蟲能活下來。例如，玉米和棉花經(jīng)過轉(zhuǎn)基因后，可產(chǎn)生Bt蛋白，可殺死許多害蟲，而且這種蛋白對人體不起作用。然而，如果只種植這種轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物的話，那么在幾年內(nèi)害蟲就會(huì)產(chǎn)生抗Bt蛋白藥性。但如果農(nóng)民選擇混合種植轉(zhuǎn)基因和非轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物，許多沒有進(jìn)化的害蟲可以靠那些非轉(zhuǎn)基因的農(nóng)作物活下來，而且它們與少量有耐藥性的害蟲交配后，通常只有部分后代繼承耐藥性。這樣，就能避免大量耐藥性害蟲的出現(xiàn)，使轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物不受損失。

停下有害進(jìn)化的新手段

在全球，抗生素濫用的現(xiàn)象仍十分嚴(yán)重，導(dǎo)致耐藥細(xì)菌越來越多。說服人們不要過度使用抗生素是一件很難的事情。不過，一些研究人員找到了一種新的策略，來抵抗這種細(xì)菌的進(jìn)化。盡管聽起來很矛盾，但研究人員認(rèn)為，我們可以使用兩種抗生素來應(yīng)對細(xì)菌的耐藥性。

來自英國格拉斯哥大學(xué)的研究人員一直在試驗(yàn)交替使用兩種作用機(jī)理完全不相同的抗生素來對付耐藥細(xì)菌。這樣，對一種抗生素有耐藥性的細(xì)菌隨后會(huì)被另一種抗生素殺死。他們的研究基本理念并不是新的，長期以來，交替使用不同的農(nóng)藥一直被用于防止農(nóng)藥耐藥性的產(chǎn)生，但它以前從未應(yīng)用于抗生素。研究人員正對這個(gè)辦法進(jìn)行優(yōu)化，此外，他們還發(fā)現(xiàn)這種方法也有助于防止癌細(xì)胞變得具有耐藥性。

與此同時(shí)，名為“CRISPR/Cas9”的基因編輯技術(shù)還能讓我們直接去影響進(jìn)化。這種基因編輯技術(shù)是利用一種Cas9蛋白和一個(gè)向?qū)NA來完成的。向?qū)NA負(fù)責(zé)找到相匹配的DNA序列，找到后，Cas9蛋白就會(huì)自動(dòng)將這段序列切割下來。因此，有了適當(dāng)?shù)南驅(qū)NA，研究人員可以在不殺死細(xì)菌的情況下，用CRISPR/Cas9技術(shù)去切割可產(chǎn)生耐藥性的DNA序列，以此來消除耐藥性。

棘手的部分是把CRISPR/Cas9的相關(guān)物質(zhì)放入細(xì)菌體內(nèi)，但這可以通過被稱為噬菌體的病毒來實(shí)現(xiàn)。噬菌體是通過將自己的DNA注入細(xì)菌體內(nèi)，來進(jìn)行自我復(fù)制的。研究人員利用基因工程技術(shù)把可轉(zhuǎn)錄翻譯出CRISPR/Cas9相關(guān)物質(zhì)的基因替換掉了噬菌體自己的DNA，這樣噬菌體在感染細(xì)菌時(shí)，就能把CRISPR/Cas9相關(guān)的基因注入細(xì)菌體內(nèi)。有幾家公司已經(jīng)成功地使用這種噬菌體來治療動(dòng)物身上的耐藥細(xì)菌感染，而人類臨床試驗(yàn)可能很快就會(huì)實(shí)施。

但這種方法也有很大的局限性。首先，一種噬菌體只會(huì)感染特定的細(xì)菌，因此每種細(xì)菌感染都必須定制相應(yīng)的噬菌體。此外，噬菌體不能在血液中存活，因此不能用于治療身體內(nèi)部感染——盡管它們可以用于外傷感染和腸道感染。

以色列特拉維夫大學(xué)的研究人員想到了一個(gè)新點(diǎn)子，他們希望在細(xì)菌感染人類之前，就用噬菌體消除細(xì)菌的耐藥性。他們的初步計(jì)劃是，將修改過后的噬菌體添加到醫(yī)院使用的噴霧清潔劑中，以及醫(yī)生用來洗手的藥膏中。這樣，只要經(jīng)常使用這些清潔物品，里面的噬菌體就可以順便作用于清洗時(shí)所遇到的耐藥性細(xì)菌。

預(yù)防有害進(jìn)化的出現(xiàn)

美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的研究人員則希望預(yù)防有害進(jìn)化的出現(xiàn)。他們想知道，是否可以讓CRISPR/Cas9隱藏在細(xì)菌的基因組上，保持冷靜，什么都不做，當(dāng)出現(xiàn)耐藥性等不利的進(jìn)化時(shí)，就讓CRISPR/Cas9發(fā)揮作用，破壞相應(yīng)的DNA序列。

于是，研究人員創(chuàng)建了一種CRISPR/Cas9，能專門消滅大腸桿菌對利福平（一種抗生素）的耐藥性。接下來，他們將這個(gè)CRISPR/Cas9植入非耐藥性大腸桿菌的基因組上，然后把這些細(xì)菌注射到老鼠的腸道中，然后給老鼠服用利福平。同時(shí)，他們把普通的大腸桿菌注射到對照組中老鼠的腸道中，然后也給它們服用利福平。幾天之內(nèi)，在對照組中的老鼠體內(nèi)，普通的大腸桿菌很快就出現(xiàn)了耐藥性，而那些被植入CRISPR/Cas9的大腸桿菌卻沒出現(xiàn)任何耐藥性。

除了對抗耐藥性以外，這些研究人員還希望用此方法來阻止其他不必要的進(jìn)化。例如，我們常用微生物來制造從啤酒到胰島素等各種各樣的物質(zhì)，但隨著時(shí)間的推移，許多微生物發(fā)生了進(jìn)化，失去或降低了制造這些物質(zhì)的能力。這是因?yàn)橹圃爝@些物質(zhì)會(huì)消耗微生物很大的能量，影響它們的壽命，而其他那些“愛偷懶”的微生物卻能活得更好一些，于是經(jīng)過幾代繁殖之后，有用的微生物大部分消失了，剩下的都是“愛偷懶”的其他微生物。

德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的研究人員正在研制那些具有較低突變率的微生物。一種方法是，利用CRISPR/Cas9去除基因組內(nèi)那些對微生物的生存毫無影響的但卻容易發(fā)生突變的DNA片段。

理論上，除了微生物以外，把CRISPR/Cas9相關(guān)的基因引入在其他生物體內(nèi)也能發(fā)揮作用，比如蚊子和老鼠，并想辦法讓這種基因傳播到整個(gè)種群中，這樣可以來阻止它們對殺蟲劑或老鼠藥產(chǎn)生耐藥性。

CRISPR/Cas9有望以全新的方式解決進(jìn)化的黑暗面，但不管前面有多少障礙，進(jìn)化總是能夠找到出路。例如，研究人員阻止了某種特定的基因突變帶來的耐藥性，但該生物仍可以借助其他形式的基因突變，產(chǎn)生相同功能的耐藥性。所以說，CRISPR/Cas9并不是萬能的，但與傳統(tǒng)藥物和殺蟲劑不同的是，一旦遇到新的情況，你只需修改CRISPR/Cas9中向?qū)NA的堿基序列，使它能匹配新的基因突變的DNA序列，這樣CRISPR/Cas9就可以去消滅新的基因突變。

但任何技術(shù)都是一把雙刃劍，這種新的基因工程技術(shù)是否還會(huì)帶來無法預(yù)測的后果？比如，被引入CRISPR/Cas9的生物擴(kuò)散到野外環(huán)境中，是否會(huì)出現(xiàn)意想不到的生物學(xué)災(zāi)難？目前來說，這還無法回答。不管怎樣，有一件事是肯定的：即使在我們對抗進(jìn)化的斗爭中有了新的武器，這場沖突也不會(huì)永遠(yuǎn)結(jié)束。