如果村民們能夠使用基因驅(qū)動(dòng)技術(shù)，哈默林花衣魔笛手帶來(lái)的所有麻煩都是可以避免的。直到最近，我們也沒(méi)有這種技術(shù)。此外，它還被限制在對(duì)昆蟲(chóng)遺傳的控制上。但是現(xiàn)在，由于加州大學(xué)圣地亞哥分校的工作，基因驅(qū)動(dòng)可能很快就會(huì)促進(jìn)基礎(chǔ)和生物醫(yī)學(xué)研究中更好的動(dòng)物模型的發(fā)展。它甚至可能最終被用于抑制野外失控的嚙齒動(dòng)物種群，或者可能被用于晚期Hamelins的定居地區(qū)。

助理教授Kimberly Cooper說(shuō):“我們的動(dòng)機(jī)是開(kāi)發(fā)一種(基因驅(qū)動(dòng)的)形式，作為實(shí)驗(yàn)室研究人員控制小鼠多基因遺傳的工具。”“隨著進(jìn)一步的發(fā)展，我們認(rèn)為將有可能制造出復(fù)雜的人類(lèi)遺傳疾病的動(dòng)物模型，比如關(guān)節(jié)炎和癌癥，這在目前是不可能的。”

基因驅(qū)動(dòng)是一種編輯基因組的“主動(dòng)遺傳學(xué)”方法。它可以用來(lái)控制一個(gè)基因的兩個(gè)副本中哪個(gè)傳給下一代。

為了給老鼠帶來(lái)基因驅(qū)動(dòng)，庫(kù)珀領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組設(shè)計(jì)了一種活躍的基因“模仿者”DNA元素，這種元素控制著皮毛的顏色。當(dāng)模仿者干擾老鼠體內(nèi)基因的兩個(gè)副本時(shí)，原本是黑色的皮毛就會(huì)變成白色，這顯然是他們研究成功的標(biāo)志。

值得注意的是，模仿者元素也被設(shè)計(jì)成不能單獨(dú)在人群中傳播。換句話說(shuō)，模仿者的設(shè)計(jì)是為了有效地將基因驅(qū)動(dòng)帶入公園。

1月23日，《自然》雜志發(fā)表了一篇題為《雌性小鼠生殖系中CRISPR-Cas9介導(dǎo)的超孟德?tīng)栠z傳》的文章，詳細(xì)介紹了模仿行為。這篇文章描述了研究人員如何使用一種活躍的遺傳元素來(lái)編碼一種嵌入在小鼠酪氨酸酶(Tyr)基因中的指導(dǎo)RNA，以評(píng)估當(dāng)CRISPR-Cas9在早期胚胎或正在發(fā)育的生殖系中處于活躍狀態(tài)時(shí)，是否會(huì)發(fā)生靶向基因轉(zhuǎn)換。

“我們對(duì)8種不同基因策略的比較表明，與昆蟲(chóng)相比，當(dāng)內(nèi)源性減數(shù)分裂重組機(jī)制能夠有效修復(fù)突變時(shí)，Cas9表達(dá)的精確時(shí)間對(duì)嚙齒類(lèi)動(dòng)物來(lái)說(shuō)可能是一個(gè)更大的挑戰(zhàn)，即將DSB的形成限制在一個(gè)窗口內(nèi)，”作者報(bào)告說(shuō)。“盡管如此，我們?cè)谶@里觀察到的復(fù)制效率對(duì)于廣泛的實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠了。”

“例如，使用最有效的遺傳策略的女性中，觀察到的44%的平均復(fù)制率結(jié)合了超緊密聯(lián)系的酪氨酸酶突變，以至于22.5%的后代遺傳了帶有兩個(gè)等位基因的染色體，這在孟德?tīng)栠z傳中是不可能的。”

這種新方法在雌性小鼠產(chǎn)蛋期間有效，但在雄性小鼠產(chǎn)精期間無(wú)效。這可能是由于男性和女性減數(shù)分裂的時(shí)間不同，這一過(guò)程通常對(duì)染色體洗脫基因組，并可能有助于這一工程復(fù)制事件。

據(jù)加州大學(xué)圣地亞哥分校教授伊桑·比爾(Ethan Bier)說(shuō)，該研究結(jié)果“為合成生物學(xué)的各種應(yīng)用開(kāi)辟了道路，包括研究不同生物過(guò)程的復(fù)雜遺傳系統(tǒng)的模塊化組裝。”

庫(kù)珀和她實(shí)驗(yàn)室的成員們現(xiàn)在正著手研究這第一個(gè)基于單一基因的活躍的哺乳動(dòng)物遺傳成功，并試圖將這一工具擴(kuò)展到多個(gè)基因和特征。

“我們已經(jīng)證明我們可以將一種基因型從雜合子轉(zhuǎn)化為純合子。現(xiàn)在我們想看看我們是否能有效地控制動(dòng)物體內(nèi)三種基因的遺傳。如果這項(xiàng)技術(shù)可以同時(shí)應(yīng)用于多個(gè)基因，那么它將徹底改變老鼠的遺傳學(xué)。

盡管這項(xiàng)新技術(shù)是為實(shí)驗(yàn)室研究開(kāi)發(fā)的，但一些人設(shè)想，未來(lái)的基因驅(qū)動(dòng)將以這種方法為基礎(chǔ)，在野生環(huán)境中努力恢復(fù)包括嚙齒動(dòng)物在內(nèi)的入侵物種泛濫的生態(tài)系統(tǒng)中自然生物多樣性的平衡。

Bier說(shuō):“通過(guò)進(jìn)一步的改進(jìn)，應(yīng)該有可能開(kāi)發(fā)基因驅(qū)動(dòng)技術(shù)來(lái)改變或可能減少作為疾病傳播媒介的哺乳動(dòng)物的數(shù)量，或?qū)ν林锓N造成損害。”

然而，這些數(shù)據(jù)也表明，在野外實(shí)際使用需要技術(shù)改進(jìn)，因此有時(shí)間仔細(xì)考慮可以而且應(yīng)該實(shí)施這種新技術(shù)的哪些應(yīng)用。然而，研究人員指出，他們的研究結(jié)果顯示出了一項(xiàng)重大進(jìn)展，可能已經(jīng)減少了推進(jìn)人類(lèi)疾病的生物醫(yī)學(xué)研究以及了解其他復(fù)雜遺傳特征所需的時(shí)間、成本和動(dòng)物數(shù)量。

“我們也對(duì)理解進(jìn)化機(jī)制感興趣，”庫(kù)珀說(shuō)。“例如，對(duì)于經(jīng)過(guò)數(shù)千萬(wàn)年進(jìn)化的某些特征，基因變化的數(shù)量比我們目前在老鼠身上收集到的要多，我們無(wú)法理解是什么導(dǎo)致蝙蝠的手指長(zhǎng)出翅膀。”所以我們想要制造出許多活躍的基因工具來(lái)了解哺乳動(dòng)物多樣性的起源。