· 寫(xiě)這篇文章的靈感來(lái)自于Controversial ‘Gene Drives’ Just Worked in Mammals for the First Time叛赚。從這篇文章里提到的Gene drive為切口，看一下目前基因工程發(fā)展到了何種程度豹爹。
什么是基因驅(qū)動(dòng)
基因驅(qū)動(dòng)是一種強(qiáng)有力的基因編輯技術(shù)的稱(chēng)謂，讓特定基因有偏向性地遺傳給下一代矛纹。打個(gè)比方臂聋，從你還是個(gè)胚胎的時(shí)候?qū)δ闶褂没蝌?qū)動(dòng)，具有美貌基因或南，此后不僅你一生是個(gè)大美女或大帥哥孩等，你的后代也一樣如此，并且不管和什么樣貌的人配對(duì)采够，一生一個(gè)準(zhǔn)肄方，真的實(shí)現(xiàn)“龍生龍，鳳生鳳”蹬癌。
用技術(shù)宅的話(huà)說(shuō)权她，該技術(shù)不僅造成生物個(gè)體基因突變，而且可以形成“超動(dòng)力基因”逝薪，這種基因擁有遺傳優(yōu)勢(shì)隅要，一般的孟德?tīng)栠z傳規(guī)律下，有性繁殖生物體的基因遺傳率為50%董济，“超動(dòng)力基因”的遺傳率可高達(dá)95-100%（目前限于昆蟲(chóng)中）步清。如此高的遺傳率幾乎可以保證突變基因在突變個(gè)體的后代無(wú)限傳遞下去（且無(wú)論配偶是否有該基因），研究人員將這一技術(shù)比做“無(wú)法停止的核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”，因?yàn)榛蚪?jīng)修改后遺傳至后代廓啊，而不管是否會(huì)對(duì)后代有害欢搜。例如有研究人員在蚊子中研究出“只生育雄性”的超動(dòng)力基因，使蚊子的所有后代都只有雄性谴轮，可想而知狂巢，經(jīng)過(guò)若干代的遺傳，沒(méi)有雌性的情況下蚊子必然會(huì)滅絕书聚。
基因驅(qū)動(dòng)較為容易被接受的應(yīng)用是在修正蚊子對(duì)瘧原蟲(chóng)的攜帶基因上。這段基因被修改后藻雌，蚊子將不能再攜帶瘧原蟲(chóng)雌续，通過(guò)幾代繁殖，后代有95%以上的比例可以實(shí)現(xiàn)不再攜帶瘧原蟲(chóng)胯杭，科學(xué)家希望通過(guò)這種方式徹底消滅瘧疾驯杜。但同時(shí)，科學(xué)界也同意基因驅(qū)動(dòng)對(duì)于物種有核能般的影響力做个，一旦投入實(shí)施鸽心，無(wú)法預(yù)測(cè)對(duì)于生態(tài)圈會(huì)有怎樣的影響，大多持謹(jǐn)慎態(tài)度居暖。
目前基因驅(qū)動(dòng)技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室的成功案例都集中在昆蟲(chóng)樣本上顽频，哺乳動(dòng)物還沒(méi)有明確進(jìn)展。而一月底發(fā)表在Nature雜志上的論文Super-Mendelian inheritance mediated by CRISPR–Cas9 in the female mouse germline（通過(guò)CRISPR Cas9輔助的超孟德?tīng)栠z傳編輯在母鼠中的遺傳突變）太闺，報(bào)道了成功在母鼠身上實(shí)現(xiàn)基因編輯案例糯景，后代遺傳率達(dá)到了85%，稍高于自然遺傳的遺傳率50%省骂，但是遠(yuǎn)不及昆蟲(chóng)樣本中95-100%的遺傳率蟀淮。
基因驅(qū)動(dòng)技術(shù)如何實(shí)現(xiàn)的（如何區(qū)別于基因編輯）
常規(guī)的基因編輯，只是改變DNA雙螺旋的其中一條钞澳〉』蹋基因改變后，個(gè)體會(huì)表現(xiàn)出新基因的特征轧粟，但是這個(gè)新基因只有50%的幾率遺傳到后代中策治。
那么基因驅(qū)動(dòng)是采用什么方法，使特定的基因獲得遺傳優(yōu)勢(shì)逃延？搜了很多的文章览妖，發(fā)現(xiàn)下面這篇知乎專(zhuān)欄有最為詳盡的解釋?zhuān)?a target="_blank" rel="nofollow">基因驅(qū)動(dòng)：潘多拉的魔盒。
原來(lái)揽祥，基因驅(qū)動(dòng)的思想不是憑空而來(lái)讽膏，在自然界中本身已經(jīng)有某些基因擁有遺傳的偏好性，它們遺傳給后代的幾率遠(yuǎn)高于50%拄丰。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)府树，關(guān)鍵在于這些基因“產(chǎn)生出了一種歸巢核酸內(nèi)切酶（homing endonucleases）俐末，在減數(shù)分裂中把他們的等位基因切了下來(lái)，姍姍來(lái)遲的修復(fù)酶只得以他們?yōu)槟０逖傧溃瑢⑶谐牟糠种匦逻B接起來(lái)卓箫，現(xiàn)在所有的后代，都攜帶上了這個(gè)基因的一個(gè)拷貝”垄潮。
基因驅(qū)動(dòng)技術(shù)按照這個(gè)思想指導(dǎo)進(jìn)行烹卒，默默無(wú)聞的進(jìn)行了很多年年，隨著2012年前后CRISPR+Cas9工具鏈的完備弯洗，簡(jiǎn)化旅急、降低了基因修改的成本，大大推進(jìn)了基因驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)發(fā)展牡整。
研究者們就在導(dǎo)入的外源基因前添加了cas9-gRNA的DNA序列藐吮，給予他們編輯等位基因的能力。其中逃贝，gRNA是guiding RNA的簡(jiǎn)稱(chēng)谣辞，負(fù)責(zé)找到target gene，Cas9負(fù)責(zé)切割染色體上的等位基因沐扳。切割后泥从，細(xì)胞察覺(jué)到染色體受損，會(huì)啟動(dòng)修復(fù)過(guò)程沪摄，在修復(fù)過(guò)程中以進(jìn)行過(guò)基因編輯的染色體單鏈為模板歉闰，因此，兩條染色體單鏈就都帶上了人造基因卓起。
在編輯過(guò)程中除了外源基因本身和敬，cas9-gRNA序列也會(huì)被復(fù)制到切割產(chǎn)生的空位上，使得產(chǎn)生的兩個(gè)等位基因都具有切割能力戏阅，并且一代代遺傳下去昼弟，讓這個(gè)外源基因逐漸占據(jù)整個(gè)種群。
需要說(shuō)明的是CRISPR是存在于細(xì)菌體內(nèi)的基因組奕筐，該基因組含有曾攻擊過(guò)該細(xì)菌的的病毒基因片段舱痘，算是一個(gè)“記錄仇恨歷史的小本本”。當(dāng)細(xì)菌檢測(cè)到相同的病毒DNA段時(shí)离赫，就會(huì)對(duì)病毒發(fā)起攻擊芭逝，將DNA剪碎≡ㄐ兀科學(xué)家根據(jù)這個(gè)特性去設(shè)計(jì)靶向基因修剪工具CRISPR+Cas9旬盯，把舊基因段敲除，代之以新的人造基因，人類(lèi)因此可以變成“物種設(shè)計(jì)師（spiece designer）”胖翰。
為什么在哺乳動(dòng)物的基因上難以實(shí)現(xiàn)接剩？
目前基因驅(qū)動(dòng)在哺乳動(dòng)物身上比較難實(shí)現(xiàn)，有幾個(gè)原因：
- 引入復(fù)制基因時(shí)萨咳，基于CRISPR的基因驅(qū)動(dòng)利用這種基因編輯工具將一條染色體上的突變復(fù)制到與這條染色體配對(duì)的第二條染色體上懊缺，這通常是在動(dòng)物的早期發(fā)育期間開(kāi)展的。當(dāng)Cooper團(tuán)隊(duì)在小鼠胚胎中嘗試這種方法時(shí)培他，這種突變并不總是被正確地復(fù)制鹃两，并且這種方法僅適用于雌性小鼠的胚胎。
- 哺乳動(dòng)物的生殖過(guò)程比昆蟲(chóng)更復(fù)雜舀凛，因此基因驅(qū)動(dòng)面臨更大的壁壘怔毛；
- 哺乳動(dòng)物的生育周期更長(zhǎng)。
未來(lái)
基因驅(qū)動(dòng)是比基因編輯更近一步腾降、更加強(qiáng)勢(shì)的生物工程技術(shù)，若真用于實(shí)際世界碎绎，會(huì)產(chǎn)生不可預(yù)期的影響螃壤。假設(shè)蚊子滅絕，那么以蚊子為食的其他生物如何自處筋帖？不過(guò)據(jù)說(shuō)德國(guó)每年春夏都會(huì)在萊茵河撒滅蚊藥奸晴，導(dǎo)致城市里幾乎沒(méi)有蚊子了，也沒(méi)覺(jué)得生態(tài)圈有多么大的破壞日麸。這種擔(dān)心是有理由的寄啼，但也有可能是杞人憂(yōu)天的。
另外代箭，CRISPER技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)基因的精確編輯墩划，加上人類(lèi)基因組工程，可以想見(jiàn)對(duì)于人類(lèi)胚胎的基因編輯也不再是夢(mèng)嗡综，甚至乙帮，目前很可能只是國(guó)家/國(guó)際組織出于倫理和道德的約束，而不肯將技術(shù)放出魔盒极景。技術(shù)的進(jìn)步有時(shí)會(huì)帶來(lái)道德困境察净，但是縱觀(guān)歷史，改變的都是道德盼樟，而不是技術(shù)氢卡。比如避孕套和避孕藥的發(fā)現(xiàn)，帶來(lái)的是女性解放晨缴。希望有生之年能夠見(jiàn)到基因被優(yōu)化的嬰兒出生和長(zhǎng)大译秦，乃至希望有一天見(jiàn)到人與AI合而為一。
參考鏈接
· 靈感來(lái)源：Controversial ‘Gene Drives’ Just Worked in Mammals for the First Time
· 詳細(xì)描述了Cooper的實(shí)驗(yàn)：基因驅(qū)動(dòng)：終于對(duì)哺乳動(dòng)物動(dòng)手了
· 淺顯易懂說(shuō)明基因驅(qū)動(dòng)由來(lái)：基因驅(qū)動(dòng)：潘多拉的魔盒
· gene drive油管視頻講解：What's a Gene Drive? And what are the risks and benefits?
