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Science专访:基因驱动,消除疟疾

近年来,“基因驱动”成为生物学界的新兴热门研究领域之一,它指的是特定基因有偏向性地遗传给下一代的一种自然现象。借助被誉为“基因剪刀”的CRISPR基因编辑技术,科学家研发出人工“基因驱动”系统,并在酵母、果蝇和蚊子中证实可实现外部引入的基因多代遗传。


作为一种可以修饰DNA遗传的方法,“基因驱动”可以使野生动物的遗传物质发生改变,最后甚至导致该种族数量骤减,然而到目前为止只在昆虫和酵母中被证明有效。


基因驱动,消除疟疾


疟疾是一种被疟蚊雌蚊叮咬后在人类间传播的疾病。在撒哈拉以南非洲的某些地区,每年感染疟疾的人数多达2亿人;在疟疾传播地区,受到疟原虫感染的蚊子每天都在叮咬人类。


将“基因驱动”引入蚊子种群或成控制疟疾的关键


如果我们知道决定疟蚊关键性特征的基因或基因变异,如与原虫转阴及产卵等特性相关的基因,从理论上来说就可以将某些基因修改引入蚊子种群来降低疟疾传播率。目前,研究人员已对多个种类的疟蚊进行了基因组测序,包括那些几乎造成了非洲所有地方疟疾传播的疟蚊。他们希望通过基因改造整个蚊子种群来保护非洲儿童免受疟疾侵袭。


如图所示,“基因驱动”控制疟疾主要具有3大策略:(1)传播有害突变以减少蚊子数量;(2)使群体内的性别比失衡;(3)修饰蚊子自身基因,提高蚊子对抗疟疾寄生虫能力。


近日,来自亚利桑那州大学(Arizona State University)的进化生态学家詹姆斯·科林斯(James Collins)在美国科学促进会年度会议(AAAS)上关于“基因驱动”消除疟疾的专访被Science刊发。


基于基因组编辑技术CRISPR的进步,“基因驱动”在抗寄生虫领域也得到了重要运用。但如美国科学、工程、医学院( National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine )去年所言:由于对整个人口的遗传信息的改造可能产生的意想不到的后果,因此其在释放到任何环境中时都应该采取广泛的测试。


对詹姆斯·科林斯的专访


问:我们是否应该看看环境是如何受到基因驱动的影响吗?


答:当然需要,毕竟这是对自然的操纵。我们暂不清楚它对人口动态和生态系统产生什么影响。在某些情况下,基因驱动的目的是减少有机体的种群大小,这可能会影响寄生虫的授粉和传播等过程。在其他情况下,我们将利用基因驱动来清除会引起人口灭绝的疾病。


问:释放这些生物最糟糕的后果是什么?


答:消除有机体或大大减少其数量。通过消除一个植物物种,你会导致其他物种的扩散,这会导致生态系统的一系列变化。我们需要很好地理解系统,以便我们在做出决策时能够考虑到伦理问题。


问:谁来做这些决定?


答:社会科学家正试图想出人口抽样的更好方法,以便更好地了解哪些是可容忍的,哪些是不可容忍的。如果你在A镇上发布“基因修饰过的蚊子”(modified mosquitoes),这可能不会有任何问题;但这不意味着它们飞往B镇不会产生问题。即使B镇人民对此类蚊子不感兴趣,但也阻止不了蚊子会飞往那儿。


问:FDA批准转基因蚊子的释放,用以控制佛罗里达州某些地区的Zika病毒。如果该技术是可以接受的,为什么科学家对“基因驱动”仍然如此谨慎?


答:相比其他技术,“基因驱动”的优点是,只要你释放修饰过的雄性蚊子,它们是有效的。当你停止操纵,数量会反弹到正常水平。“基因驱动”是一个尚未被证明的控制系统,一旦你改变种群的基因,他们会不断发生变化。


应用前景


“基因驱动”具有物种特异性、自我维持、长期有效性和成本效益等特点;对昆虫媒介和害虫数量的控制潜力巨大;可作为现有的消灭疟疾方法的补充,比如疫苗开发、抗疟药和包括杀虫剂、蚊帐等在内的传统的蚊子媒介控制方法。


科学是一把双刃剑。即使是基因驱动技术的支持者也指出,这项技术需要非常仔细的研究和谨慎的部署,否则最后的结果或将无法像宣传的那样有效。


 

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