CRISPR基因驱动，欺骗进化的“流氓”技术

基因驱动能在野生动物中传播人们想要的性状，也能有效抑制对人类有害的物种。最近这一技术受到了很大的关注，因为它有望控制携带寨卡病毒、疟原虫和登革病毒的蚊子，阻止这些蚊媒疾病的传播。

　　

生物通报道：基因驱动（gene drive）是一种利用遗传偏好将基因快速扩散到群体中的强大技术，一般使用序列特异性的内切酶，比如TALEN、锌指酶或者CRISPR/Cas9。在减数分裂的细胞中，如果一个拷贝的染色体含有能表达的内切酶基因，这种酶就会切割另一个染色体形成双链断裂。细胞在进行修复的时候，会将第一个染色体当作模板，把内切酶基因拷贝到第二个染色体中。在理论上，每一个后代都会携带该基因的一个拷贝。

基因驱动能在野生动物中迅速传播人们想要的性状，也能有效抑制对人类有害的物种。最近这一技术受到了很大的关注，因为它有望控制携带寨卡病毒、疟原虫和登革病毒的蚊子，阻止这些蚊媒疾病的传播。

“虽然基因驱动可以带来很多福利，但人们还没有充分了解这一技术，”加州大学昆虫学助理教授Omar Akbari说。Akbari为此在Nature Review Genetics杂志上发表技术综述，介绍和比较了不同的基因驱动系统，分析了各个系统的优劣和应用范围，还探讨了相关的安全和监管问题。

过去几十年基因驱动方面取得的进展并不大，人们只在酵母、果蝇和两种蚊子中建立了作用于野生群体的系统。不过近年来，突飞猛进的基因组编辑技术（特别是CRISPR）大大推动了基因驱动的发展速度。基因驱动与CRISPR等工具的结合，可以帮助人们通过经济环保的方式减少或消灭蚊媒疾病，去除外来的入侵物种，逆转生物的杀虫剂和除草剂抗性。

这篇文章着重介绍了几种常用的基因驱动体系，包括基于归巢核酸酶的驱动、性连锁的减数分裂驱动、medea和显性不足驱动。研究人员详细描述了这些基因驱动体系的各种属性，比如传播速度、物种特异性、适合度代价、对抵抗的敏感性、能否解除或逆转等等。他们还将基因驱动分为“修改驱动”和“抑制驱动”两个类型。修改驱动会在特定群体中传播想要的性状，抑制驱动会减少特定物种的群体数量。

文章末尾探讨了基因驱动面临的安全和监控问题，全面分析了基因驱动可能带来的多种风险，包括物种灭绝、扩散其他地理区域、影响其他物种，以及技术滥用可能造成的经济损失和生物恐怖主义。

CRISPR系统原本是细菌在漫长的进化史中演化出的重要防御机制。规律成簇的间隔短回文重复CRISPR与内切酶Cas9的组合，可以在引导RNA的指引下，靶标并切割入侵者的遗传物质。 2012年研究者们利用这一特点，将CRISPR系统发展成了强大的基因组编辑工具。该系统使用简单而且扩展性强，很快便成为了基因编辑领域中最耀眼的明星，为基因工程和生物医学领域带来了一场革命。

著名遗传学家George Church一直在探索CRISPR基因驱动的应用。与所有新兴技术一样，基因驱动的发展也遭遇了不少阻力。为了阐明以CRISPR为基础的基因驱动技术，回应公众对这一技术的担忧，2014年08月Church、Esvelt等人在eLife和Science杂志上接连发表了两篇文章。文章介绍了gene drive的应用潜力，可能的环境影响以及相应的风险管理。（更多详细信息参见：转基因技术再升级，侏罗纪公园离我们还有多远）

2015年11月Church等人在Nature Biotechnology杂志上发表文章，为CRISPR基因驱动提供了积极的安全措施。他们在这项研究中展示了适合基因驱动研究的有效安全保障机制，这些分子约束可以保证基因驱动只在实验室生物中激活，无法在野外发挥作用。研究人员还首次逆转了基因驱动带来的群体改变，CRISPR基因驱动系统依然存在，只是在生物体内失去了活性。（更多详细信息参见：遗传界大牛Nature子刊：解决CRISPR基因驱动隐忧的新策略）

不久后，伦敦帝国学院的研究团队通过基因驱动使疟蚊丧失生育能力，并将这一性状传播到群体中。这项研究于2015年12月发表在Nature Biotechnology杂志上。冈比亚按蚊(Anopheles gambiae)是撒哈拉以南非洲危险疟原虫的主要携带者。研究人员对冈比亚按蚊进行了遗传改造，让它们携带了一种破坏雌蚊子卵子生成的改造基因。基因驱动让这个基因加速传递给蚊子后代，进而传播至整个种群。（更多详细信息参见：Nature子刊发布CRISPR-Cas9基因编辑重要成果）

生物通编辑：叶予

生物通推荐原文：Cheating evolution: engineering gene drives to manipulate the fate of wild populations