發(fā)布日期：2017-11-24
阿克巴里正在設(shè)計(jì)的是一種稱作基因驅(qū)動(dòng)的技術(shù)，并試圖把它看作加速人類進(jìn)程的方式，科學(xué)家們將其看成能最終戰(zhàn)勝像瘧疾、登革熱和寨卡病毒類似疾病的強(qiáng)有力武器。而美國(guó)國(guó)防部將其看作國(guó)家安全問(wèn)題。
為了在早上進(jìn)行工作，奧馬爾·阿克巴里（Omar Akbari）至少要經(jīng)過(guò)六扇密封門，其中包括一個(gè)不透氣的前廳。加州大學(xué)的昆蟲學(xué)者研究世界上最致命的生物：埃及伊蚊，它通過(guò)叮咬傳播疾病，每年導(dǎo)致數(shù)百萬(wàn)人死亡。但這不是對(duì)安全造成威脅的原因。阿克巴里不只是研究蚊子，他還用自毀開關(guān)進(jìn)行重組。這并不是偶然進(jìn)入我們世界的。
阿克巴里正在設(shè)計(jì)的是一種稱作基因驅(qū)動(dòng)的技術(shù)，試把它看作加速人類進(jìn)程的方式，這項(xiàng)技術(shù)使基因改造僅在幾代間就滲透到整個(gè)人類中，科學(xué)家們將其看成能最終戰(zhàn)勝像瘧疾、登革熱和寨卡病毒類似疾病的強(qiáng)有力武器。而美國(guó)國(guó)防部將其看作國(guó)家安全問(wèn)題。
去年，前美國(guó)國(guó)家情報(bào)總監(jiān)詹姆斯·克拉珀將基因編輯列入由“大規(guī)模殺傷性武器與核擴(kuò)散”引起的威脅。7月，美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局在為期四年的合同中授予7組科學(xué)家6500萬(wàn)美元，目的是供他們研究基因編輯技術(shù)，這其中就包括阿克巴里。合同官方規(guī)定美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局為世界上最大的基因驅(qū)動(dòng)研究政府資助者。其中大部分資金將用于設(shè)計(jì)更安全的系統(tǒng)，研發(fā)對(duì)抗極端基因驅(qū)動(dòng)的工具，此類基因不是偶然就是惡意進(jìn)入環(huán)境中。
這種危險(xiǎn)可能比科學(xué)家們最早想到的還要真實(shí)。四年前，哈佛生物學(xué)家凱文·艾斯威特（Kevin Esvelt）首次提出用新發(fā)現(xiàn)的短回文重復(fù)序列基因編輯系統(tǒng)來(lái)建立基因驅(qū)動(dòng)的想法時(shí)，他就思考物種滅絕這個(gè)問(wèn)題。具體來(lái)說(shuō)，將一種繁殖能力低下的基因注入外來(lái)動(dòng)物身體，與它們競(jìng)爭(zhēng)資源，從而防止瀕危野生動(dòng)物滅絕。保護(hù)生物學(xué)家接受并認(rèn)可了這個(gè)想法；目前，他們正在考慮用基因驅(qū)動(dòng)來(lái)拯救夏威夷、新西蘭和法拉羅尼斯本土鳥類。但此時(shí)，艾斯威特提出放慢研究的想法。
這一想法緣于艾斯威特和他的同事們周四時(shí)候發(fā)表在生物預(yù)印本服務(wù)器（bioRxiv preprint server）上的數(shù)學(xué)模型結(jié)果。像短回文重復(fù)序列多久發(fā)生一次以及保護(hù)性變異發(fā)生的可能性，一考慮到這些事情，他們的工作就顯示出基因驅(qū)動(dòng)的攻擊性，十分殘忍。只有幾個(gè)基因工程有機(jī)體可以絕對(duì)改變生態(tài)系統(tǒng)。艾斯威特并沒(méi)有把這項(xiàng)技術(shù)視作威脅，而是認(rèn)為我們應(yīng)該注意它是如何應(yīng)用的，這需要一種新膽識(shí)。
“基因驅(qū)動(dòng)技術(shù)造成的主要風(fēng)險(xiǎn)是社會(huì)性的，”他說(shuō)。“基因驅(qū)動(dòng)缺乏職業(yè)道德的閉門研究、無(wú)端的恐慌或未經(jīng)許可的發(fā)表都會(huì)破壞公眾對(duì)科學(xué)和政府管理的信任。”他仍認(rèn)為基因驅(qū)動(dòng)有能力挽救瀕危物種，對(duì)抗公眾健康威脅。但研究人員首先要做的是發(fā)明基因驅(qū)動(dòng)更安全的形式。這就是美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局資金用的地方。直到最近，基因驅(qū)動(dòng)才很大程度上進(jìn)入理論層面——相比以前更加安全。但隨著新資金的涌入，像艾斯威特和阿克巴里這些科學(xué)家開始將這些片段連在一起，并在現(xiàn)實(shí)生活中進(jìn)行檢驗(yàn)。這最開始用小昆蟲做實(shí)驗(yàn)，從它們受精時(shí)候?qū)⒁粋€(gè)基因編輯注入其DNA中。周二，一篇論文發(fā)表在美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院報(bào)上，這是阿克巴里第一次以埃及伊蚊為對(duì)象發(fā)表論文，創(chuàng)造了以細(xì)菌Cas9酶編碼的蚊子。
Cas9是短回文重復(fù)序列基因編輯系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)DNA剪切的其中一半物質(zhì)。因此，阿克巴里團(tuán)隊(duì)只需將另一半——向?qū)Ш颂呛怂?mdash;—注入到胚胎中，讓Cas9自動(dòng)執(zhí)行專門的剪切過(guò)程。一旦他們刪除了表皮色素基因，蚊子就會(huì)從黑色變成黃色。那翅發(fā)育基因呢？歡迎來(lái)到不會(huì)飛的吸血蟲世界。祝你能爬著吸食人類血液。
這些改變只是為了展示一下。但隨著我們學(xué)習(xí)如何最大程度地破壞蚊子物種，注入了Cas9的蚊子將會(huì)成為一項(xiàng)重要的工具?？茖W(xué)家認(rèn)為他們只探討了5%的埃及伊蚊基因組。這意味著無(wú)人知道大部分蚊子基因是如何運(yùn)作的?，F(xiàn)在，他們可以輕而易舉地通過(guò)基因探查那些敲除基因?？赡芩麄儠?huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)使蚊子嘴巴存留瘧疾的基因?；蛘咭粋€(gè)禁止他們品嘗人類血液的基因。我們的目標(biāo)是盡可能不破壞動(dòng)物以及它們賴以生存的生態(tài)系統(tǒng)，但仍要消除疾病。如果你要藐視上帝，那一定要手下留情。
除了要提出一種研究蚊子生理機(jī)能的新手段，這些菌株是高效基因驅(qū)動(dòng)的重要組成部分。通常，這項(xiàng)技術(shù)需要在同一位置同時(shí)表達(dá)Cas9和向?qū)Ш颂呛怂?。但這會(huì)令驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)富有侵略性，不可控制?？刂扑鼈兊囊环N方法是保持各部分基因組的分離。這也是阿克巴里正在研究的：一種殺傷力小的斷裂基因驅(qū)動(dòng)。
他的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開始用編碼向?qū)Ш颂呛怂岬奈米臃敝矯as9菌株。“保持驅(qū)動(dòng)傳播的唯一方式是不斷向蚊子種群中注入Cas9，”阿克巴里說(shuō)。“Cas9繼承了Mendelain方式，隨著驅(qū)動(dòng)依賴Cas9的存在，這會(huì)使其受制于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境或野外的自我限制。”
另一種方式為“雛菊驅(qū)動(dòng)”，這是艾斯威特在羊毛身上的線蟲綱動(dòng)物研究的東西。它通過(guò)在寄生蟲身上安裝一個(gè)自排基因燃料進(jìn)行工作。把它們分裂成3個(gè)或更多部分，然后用雛菊鏈方式將它們連接起來(lái)，一旦你引入它，理想的改變很快就會(huì)分散，但一會(huì)就會(huì)失敗。這一結(jié)果是暫時(shí)的，只能控制一種當(dāng)?shù)匚锓N的基因編輯?？傊褪沁@個(gè)想法。美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局資助的其他團(tuán)隊(duì)正致力于建立一個(gè)保障，也就是像這樣的系統(tǒng)應(yīng)該失敗還是更遭，還是像生物攻擊一樣被發(fā)布出來(lái)。
研究所與哈佛醫(yī)學(xué)院的團(tuán)隊(duì)正在篩查編輯一組化學(xué)開關(guān)來(lái)阻礙像短回文重復(fù)序列/Cas9和核酸酶這些基因編輯。在加州大學(xué)伯克利分校，詹妮弗·當(dāng)那（Jennifer Doudna）團(tuán)隊(duì)希望找到能阻止基因編輯活動(dòng)的抗短回文重復(fù)序列蛋白，這能幫助設(shè)計(jì)抵抗性基因驅(qū)動(dòng)。盡管軍方參與關(guān)注了公眾關(guān)心的武器化、短回文重復(fù)序列化的超級(jí)蚊子，但艾斯威特將國(guó)防部的支持看作安全推動(dòng)基因驅(qū)動(dòng)技術(shù)的唯一方式，至少目前是這樣。
美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局項(xiàng)目直接防止基因驅(qū)動(dòng)生物體的釋放，這需要參與者在嚴(yán)格的生物安全條件下工作——因此阿克巴里需要進(jìn)出六扇密封門?？赡苡幸惶焖麜?huì)擁有分子工具，不用再考慮進(jìn)出安全問(wèn)題。但目前，它們?nèi)匀皇腔蝌?qū)動(dòng)和外部世界間最安全的東西。
來(lái)源：億歐網(wǎng)
