Nature強勢圍觀：「基因驅動」消滅物種入侵，我們還有多遠的路要走

生物探索

編者按

使用CRISPR基因編輯技術在實驗鼠中開發「基因驅動」，可用於消除對人類有害的動物群體。近日，一項頗具爭議、能夠改變整個物種基因組的技術首次被應用到哺乳動物身上。此次研究再次引來各路專家對基因驅動技術的熱議。

相關研究已於7月4日以題為「Super-Mendelian inheritance mediated by CRISPR/Cas9 in the female mouse germline」的預印本形式發布在bioRxiv。

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何為「基因驅動」？

「基因驅動」是指特定基因有偏向性地遺傳給下一代的一種自然現象，其工作方式是，確保有機體後代繼承某種「自私」基因的比例高於偶然發生的比例，從而允許突變或外來基因在群體中迅速傳播。它們自然發生在一些動物身上（包括老鼠），可導致死亡或不育。

隨著革命性的CRISPR - Cas9基因編輯工具導致合成「基因驅動」的發展後，這種驅動轉變有望通過確保後代不育等方式，實現野外消滅問題物種，如傳播瘧疾的蚊子。這項技術很快引起了爭議，甚至在全球範圍內被禁止使用，因為如果在野外釋放，攜帶「基因驅動」的生物可能會失去控制。

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最新進展

在這項研究中，加州大學聖地亞哥分校發育遺傳學家Kim Cooper領導的研究小組並沒有試圖開發一種「基因驅動」來使實驗鼠不育。相反，他們的目標是為這項技術創造一個測試床，他們認為，這項技術在基礎研究中也是有用的：傾向於遺傳一種突變，這種突變能給小鼠穿上一層「白大褂」（all-white coats），而不是不育。

通常，在動物早期發育期間，基於CRISPR的「基因驅動」程序使用基因編輯工具將一條染色體上的突變複製到另一條染色體上。Cooper研究小組在小鼠胚胎中嘗試這種方法時，突變並不總是被正確複製，它只在雌性胚胎中起作用。

基於這些結果，研究小組估計，這可能導致平均約73 %的雌性小鼠後代被遺傳變異，而不是一般遺傳規則下的50 %。當前Cooper拒絕論述其團隊的工作，因為它尚未在同行評議的期刊上發表。

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各種聲音

未參與這項研究的澳大利亞阿德萊德大學發展遺傳學家Paul Thomas說：「儘管有跡象表明它可能奏效，但要想把「基因驅動」作為控制嚙齒動物種群的有用工具，還需要很長時間。」他的實驗室目前在研究」基因驅動」對抗入侵的嚙齒動物的工作。

倫敦帝國學院分子生物學家Tony Nolan是一個研究攜帶瘧疾蚊子「基因驅動」小組的成員，他很高興看到「基因驅動」至少可以在嚙齒動物身上發揮作用。他說，即使這項技術沒有成為根除工具，它依然有助於生產轉基因實驗動物，這些動物比現有技術更有效地模擬由多重突變引起的疾病。

其他研究人員也對這項研究持肯定態度，但同時表示這項研究也顯示了這項技術在嚙齒類動物身上的應用需要很長時間。這種技術的相對低效率意味著「基因驅動」要經過好幾代才能在整個嚙齒類動物種群中傳播，給物種進化出對「基因驅動」的抗性留出了充足的時間。

圖片來源：CC0 Creative Commons

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未來可行

Thomas將這一結果描述為對嚙齒動物「基因驅動」開發工作的「現實檢驗」。他說，這顯示了我們還有很長的路要走。未來工作方向是尋求提高效率的方法，以及理解為什麼這項技術在雄性小鼠身上不起作用。

Thomas同時還是一個名為「入侵嚙齒動物基因生物控制」（Genetic Biocontrol of Invasive Rodents, or GBIRd）的項目成員，他們希望利用「基因驅動」來對抗入侵嚙齒動物。

CRISPR「基因驅動」並不是研究人員對付入侵嚙齒動物的唯一策略。GBIRd成員、遺傳學家David Threadgill及其研究小組正在研究一種在小鼠身上自然產生的叫做t-haploype的「基因驅動」。研究人員計劃修改這種自私基因，以製造無子小鼠：即攜帶兩個拷貝的雌性小鼠只生雄性小鼠，這可能導致種群的最終滅絕。

GBIRd的合作夥伴、致力於消滅入侵害蟲的島嶼保護部主任Heath Packard說，如果「基因驅動」技術證明能有效控制嚙齒動物，島嶼將是理想的試驗場。Packard說，消除小島嶼問題老鼠的嚙齒類殺蟲劑風險太大，不適用於生態系統複雜、人口眾多的大島嶼。因此，「基因驅動」仍然是一項值得研究的技術。「我們希望將此作為一個服務於修復島嶼社區的工具，但是否會奏效我們尚不得而知。」他總結道。

責編：浮蘇

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參考資料：1）Controversial CRISPR 『gene drives』 tested in mammals for the first time

2）Super-Mendelian inheritance mediated by CRISPR/Cas9 in the female mouse germline

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