伙計，休息很容易。轉基因超級物種的軍隊不太可能很快征服地球。在最近出現(xiàn)在遺傳學雜志上的一篇論文中，堪薩斯大學的研究人員和來自康奈爾大學的同事們通過目前最有前途的技術改變整個物種的DNA，以產(chǎn)生“ 基因驅動 ”，這是一項艱巨的挑戰(zhàn)。幾十年來，科學家們提出了各種遺傳改變自然種群的方法來解決困擾人類的問題。“很多時候，自然會干擾人類對世界的看法，”主要作者，KU分子生物科學助理教授Robert Unckless說。“很好的例子就是作物和昆蟲傳播的疾病，如寨卡病毒或登革熱或瘧疾。”

關于在群體水平上修改特定基因的討論主要是理論上的，因為通過群體推動的遺傳編輯也傾向于具有“適應成本”，降低改變個體的壽命，或使其變得無菌。因此，自然選擇有利于缺乏修飾基因的個體，并在幾代內(nèi)清除群體內(nèi)的給定遺傳改變。

但科學家們利用“自私基因”技術的出現(xiàn)獲得了新的優(yōu)勢，這些技術利用自然元素來欺騙遺傳“孟德爾遺傳” - 其中修飾和非修飾生物的后代就像繼承父母的特征一樣 - 并且克服健身費用。“有幾個自私的遺傳因素會欺騙孟德爾定律，因此修改基因轉移到后代的可能性不是50%，而是有80%或90%的幾率，”Unckless說。“通過這樣做，他們可以更快地在人群中傳播。”

KU研究人員表示，通過將突變與更短的壽命或對蚊子登革熱的抗性聯(lián)系起來，例如，這些可以驅趕人群的自私遺傳因素之一，科學家找到了克服健康成本的方法。“這可以通過孟德爾式的作弊得到補償，所以你可以通過人口傳播它。它被稱為'基因驅動'。”Unckless說，盡管它的承諾，這種方法“或多或少地停滯不前”，直到兩年前加利福尼亞的研究人員將CRISPR / Cas9納入其基因驅動構建體。突然間，制造超級蚊子以消滅疾病的夢想再次活躍起來。

“這種基因驅動的想法，CRISPR / Cas9，在本質上是一種細菌免疫防御系統(tǒng) - 但它已被世界各地的遺傳學實驗室選擇用于靶向特定序列并產(chǎn)生這些序列的突變，”他說。

KU研究人員表示，CRISPR / Cas9方法識別出一種靶向的基因序列，并在那里產(chǎn)生一種突變 - 將其自身作為該DNA序列的遺傳機制插入。

“所以科學現(xiàn)在已經(jīng)建立了一種識別序列，切割它并插入我們想要的遺傳物質的機制，”Unckless說。“那可能包括CRISPR / Cas9機器，但也是一種新的基因，可以對蚊子中的登革熱產(chǎn)生抵抗力，例如，兩者一起傳播。在少數(shù)幾代人中，你幾乎沒有突變的副本。人口對它的“固定”，因此人口中的每個人都擁有它 - 至少這是簡單的理論。“ 然而，面對基因驅動的新的和復雜的CRISPR / Cas9方法，自然仍然可能反擊成功抵抗突變，Unckless說。

“我們預計阻力等位基因會在驅動器傳播之前或驅動器傳播之后彈出，并最終取代驅動器，”他說。“如果你的目標是抵抗登革熱進入人群，你可能會這樣做 - 它可能持續(xù)幾代或幾代 - 但隨后它會衰退并留下抵抗等位基因。” 在新遺傳學論文中，Unckless和共同作者康奈爾的安德魯·克拉克和菲利普·梅塞爾使用數(shù)學模型來計算這種阻力演變的可能性，這在以前沒有進行過。他們表明自然界仍然比希望解決轉基因生物人類問題的科學家更具優(yōu)勢。

“基本上，看看這些數(shù)字并假設一個簡單的基因驅動系統(tǒng)，阻力將會發(fā)展成為定局，”Unckless說。“這是主要的想法。我們認為抵抗可以被視為一件好事 - 如果我們知道它會發(fā)展，我們可以圍繞它進行規(guī)劃，并了解基因驅動是暫時的解決方案。說我們知道半衰期這種遺傳解決方案是x代，我們可以監(jiān)測它，隨著阻力開始發(fā)展，我們可以創(chuàng)造一個新的。“

不言而喻，CRISPR / Cas9產(chǎn)生DNA的雙鏈斷裂，生物體通過兩種方法中的一種進行修復，稱為“非同源末端連接”(NHEJ)和“同源定向修復”。

“如果你不得不修理你的車，因為你知道發(fā)動機的一部分缺失了，而你的解決方案是'我將以隨機的方式接收連接件 - 那就是NHEJ，”他說。“顯然，大部分時間都不起作用。另一方面，有同源導向修復。它使用模板，通常是另一條染色體 - 因為通常有兩個副本。它就像是修復2007本田的完美模板思域。你去找你的鄰居誰有同一輛車，并比較他們說，'這是錯的，你根據(jù)它修復它。

但有機體同時使用NHEJ和同源定向修復。對于最有效的CRISPR / Cas9基因驅動，必須對同源定向修復進行“調(diào)整”。“如果你不這樣做，NHEJ會把事情搞砸，因為它產(chǎn)生了阻力等位基因，”Unckless說。

研究人員得出結論，與其他操縱種群的嘗試一樣，基因驅動很可能導致抗性等位基因。然而，有了這一點，科學家們可以適當?shù)貫閯討B(tài)基因驅動系統(tǒng)做準備，新的構建體對抗性等位基因的出現(xiàn)做出反應。“你需要監(jiān)測基因驅動，”他說。“當你看到阻力出現(xiàn)時，你會引入一些能夠克服阻力的新東西。”