用基因編輯技術改變自然或比預期中更複雜

據國外媒體報道，半個多世紀以來，科學家一直夢想著利用「自私的基因」對所有物種進行基因編輯。這種基因可謂自然界的一大怪胎，它竟能繞開正常的遺傳法則、強行把自己遺傳給下一代。幾年前，伴隨著CRISPR-Cas9基因編輯技術的問世，使這一帶有科幻小說色彩的理念變成了觸手可及的現實，名為「基因驅動技術」（gene drive）。但除了媒體的炒作和對濫用該技術的恐懼，科學家如今對基因驅動技術的實際作用提出了懷疑。

基因驅動技術是一種分子技術，可強行將經過編輯的基因遺傳給下一代，無視自然界父母雙方各佔50%的遺傳法則。一直到2015年，研究人員才首次在果蠅身上演示了經人類編輯的基因驅動技術。很快，科學家就已經開始考慮利用該技術消滅害蟲、殺死瘧蚊了。

但不久便有人發現，在雌性蚊子的不育基因往下遺傳了多代之後，蚊子產生了「抵抗力」，部分蚊子不會再遺傳到這種變異基因。就像細菌可對抗生素產生耐藥性一樣，野生生物也能對旨在消滅自己的基因編輯產生抵抗力。基因驅動技術就此失靈。

在近日期刊《PLOS Genetics》上發表的一篇文章中，康奈爾大學的科學家指出，許多果蠅似乎對基因驅動技術具有天然抗體。該論文更加有力的說明，對大量野生物種進行基因編輯並非僅僅向基因組中嵌入基因驅動DNA那樣簡單。

紐西蘭政府正在考慮利用基因驅動技術殺滅入侵的害蟲。在美國楠塔基特與瑪莎葡萄園，一名科學家想利用該技術根除萊姆病（一種由蜱蟲叮咬引發的疾病）。在關島，還有人希望以此控制樹上長蛇的問題。但科學家也指出，該技術的發展不可能這麼快。

「由於抗體率過高，驅動基因不可能在物種內部廣泛傳播。」該研究的共同作者之一菲利普·梅賽（Phillip Messer）指出，「關鍵在於，生物的抵抗力比我們此前預計的嚴重得多。這一技術仍可發揮作用，只是不像最初所想的那麼簡單。」

還有人指出，到目前為止，圍繞基因驅動展開的探討都只是紙上談兵，嚴重脫離現實。

「生物的『抵抗力』可輕而易舉地阻撓基因驅動技術的發展，使其很難實現預期效果。」該論文指出。

要將基因驅動技術投入實際使用，生物的抵抗力並不是唯一的阻礙。舉例而言，到目前為止，合成基因驅動技術還只在昆蟲和酵母菌身上實驗過。該技術的安全性也是人們關注的一大重點。此外，從環保界的抗議來看，該技術還會遭遇不少監管和政治障礙。

但最大的問題也許還是生物的抵抗力。並且這個問題直到最近才得到人們的重視。

「人們開始關注該技術的細枝末節，我們也開始研究需要解決的細節問題。」印第安納大學生物學家加布里埃爾·森特（Gabriel Zenter）說道。

在這項新研究中，科學家首次對或許與這種抵抗力有關的機制有了些許了解。在基因驅動技術面前，有些果蠅似乎有著更強的基因抵抗力。科學家還發現，這種抵抗力可形成於受精前和胚胎髮育過程中。此外，基因抵抗力可能會在某一代果蠅中突然出現。這意味著即使我們對野生生物使用了該技術，也很難預測它的有效性。

「你不知道基因組中是否有會對基因驅動工具造成正面或負面影響的因素。」森特指出，他本人並未參與此次研究，「人們此前並未預料到會出現基因背景的問題。至於這些函待解決的障礙，我認為我們的理解正日趨成熟。」

幾支團隊已經針對這些障礙展開了研究。在今年發表的另一篇論文中，研究人員提出了一種重新設計基因驅動工具的方法，也許能攻克生物對它的免疫力。該方法假設，如果使基因驅動工具的結構複雜化，物種在短時間內就難以進化出免疫能力。運用這種新方法，基因驅動工具切除DNA片段時便不僅限於一處，而是分散在不同地點，因此DNA需要經過多次變異、才能覆蓋基因驅動工具的影響。此外，研究人員還提出了另一種方法，將編輯目標瞄準基因組中對生物身體健康至關重要的部位，因為這部分基因的變異概率最低。

梅賽的實驗室已經用第一種方法進行了實驗。「有一定效果，但不如我們希望的那樣有效。」

梅賽指出，真正有效的基因驅動工具將比所有人想像中複雜得多。為對抗生物的基因抵抗力，該技術將採取多種不同策略、攻入其基因組。

正在哈佛研究基因驅動的博士生查爾斯頓·諾伯（Charleston Noble）則更為樂觀。他指出，蚊子產生抵抗力的可能性比果蠅要小。並非每個物種處理起來都如此棘手，而且有時候根本不需要編輯一整個物種、就能達到預期的效果。

此外，麻省理工學院的合成生物學家凱文·艾斯維爾特（Kevin Esvelt）稱，這項實驗只是驗證了科學家早就知道的事實而已。

「這些實驗說明，根本沒必要研發只能切除一處DNA片段的基因驅動系統，」他指出，「我不確定這能否突破該領域的瓶頸，也不確定這種技術能否成為現實。」

在合成生物學領域，人們常說「生命自有其方法。」這句話也許有幾分道理。要對大自然進行編輯，一個簡單的基因開關是遠遠不夠的。

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