基因驱动研讨最新进展

近年来,“基因驱动”成为生物学界的新式抢手研讨范畴之一,它指的是特定基因有倾向性地遗传给下一代的一种自然现象。最近几年发现的CRISPR基因批改技能有潜力构建、简化和改善针对基因驱动的开发。凭借被誉为“基因剪刀”的CRISPR基因批改技能,科学家研宣布人工“基因驱动”体系,并在酵母、果蝇和蚊子中证明可完成外部引进的基因多代遗传。

基因驱动(gene drive),最早在2003年由伦敦帝国理工学院进化遗传学家Austin Burt提出,是一个可以快速将特定性状分散到集体中去的体系。一般来说物种中都会存在这样一些基因,它们在繁衍的进程被遗传的概率比一般基因高出50%。因而,这些基因就可以很简略在集体中散播,即便它们可能导致个别的适应性下降。借由与这些特别基因相似的遗传“倾向性”,基因驱动在理论上可将这些人为改造的基因散播到野生集体中。而这些改造可以包含基因的增加、损坏或许润饰,也可以包含削减个别的生育能力然后可能导致整个物种的消除。

人工改造的基因驱动有潜力将所需的基因在野生种群(wild population)中分散,或许按捺有害的生物物种。因有潜力操控比方带着寨卡病毒(Zika virus)、疟原虫和登革热病毒的蚊子之类的有机体,它最近获得了人们的很多重视。

根据此,小编针对基因驱动研讨获得的展开以及引起的争辩,进行一番盘点,以飨读者。

1.Nat Rev Genet:人工改造的基因驱动体系操作野生种群命运

在一篇高度立异性和技能性的总述文章,美国加州大学河岸分校昆虫学助理教授Omar Akbari说,“尽管基因驱动存在一切的潜在好处,它们依然未获得充沛研讨。考虑到这一点以及技能前进发作得如此之快,我们想退一步考虑,从一个更广大的视点看看究竟发作了什么。”

Akbari是加州大学河岸分校病媒研讨中心和整合基因组生物学研讨所的一名研讨员,也是这篇宣布在Nature Review Genetics期刊上标题为“Cheating evolution: engineering gene drives to manipulate the fate of wild populations”的文章的通讯作者。这篇文章的其他作者还有Jackson Champer和Anna Buchman,这两位都是与Akbari一同作业的博士后。

在这篇文章中,作者们侧重重视了几品种型的基因驱动,包含根据归巢内切酶的基因驱动、性连锁减数分裂驱动、medea 基因驱动和显性缺乏基因驱动。他们从不同的特点上描绘了这些基因驱动,包含分散速率、物种特异性、适合度价值(fitness cost)、反抗易理性、可移除性和可逆性。

他们还评论了这些基因驱动是否归于润饰驱动(modification drive)类型或按捺驱动(suppression drive)类型,其间润饰驱动旨在将方针性状在集体之间进行分散,而按捺驱动具有下降方针物种集体的作用。

最终,作者们提出安全和监管问题。他们提出与基因驱动相关的要挟,包含导致靶物种灭绝、分散到方针地舆区域之外的当地和影响别的一种物种的潜力,以及导致经济损失乃至生物恐怖主义的潜在乱用aaaaa。

2.Nat Biotechnol:提出处理CRISPR基因驱动问题的办法

在一项新的研讨中,美国哈佛医学院遗传学教授George Church和哈佛医学院生物工程师Kevin Esvelt博士领导的一个研讨团队提出了运用基因驱动展开研讨试验的几个有用而又安全的保障机制并且供给首个反转基因驱动分散导致的改动的办法。

他们经过让分隔导游RNA和Cas9,使得它们不在同一个生物体内一起表达,或许刺进一个人工序列到靶基因中,这样基因驱动仅在试验室的有机体中被激活,因而无法在野外发挥作用。

他们还在酵母中证明可以反转基因驱动给有机体集体施加的一种性状。

3.基因驱动技能或可被恐怖分子运用研发作物武器

据国外媒体报道,一种被称为“基因驱动”的基因技能近期引起了科学家们的忧虑。“基因驱动”技能可以令两只昆虫交配时发作基因骤变,构成的“超动力基因”可遗传至下一代。科学家正告称,这一技能如果被恐怖分子运用,就可能生产出传达丧命疾病的“基因批改”昆虫,然后导致一场前所未有的环境灾祸。

以色列特拉维夫大学遗传学家大卫-古尔维兹介绍说,“基因驱动”技能可以令两只昆虫交配时发作基因骤变,并且极有可能将这种骤变基因遗传至下一代。研讨人员将这一技能比作“无法中止的核链式反应”,由于基因经批改后遗传至子孙,而不论是否会对子孙有害。

理论上来说,如果“基因驱动”技能被合法运用,可用于消除经蚊子传达的疾病,如疟疾、黄热病等。可是,如果被某些人歹意运用,则经基因批改后的昆虫可用来大规则传达丧命疾病。古尔维兹解说说,“正如‘基因驱动’技能可以让蚊子不再带着和传达疟疾一样,该技能也可以用来批改蚊子基因,让蚊子带着丧命细菌或病毒,并传染给人类。”

近来,27位闻名遗传学家在《科学》杂志上宣布文章呼吁,科学界应向一般民众弄清“基因驱动”技能的利与弊,向人们解说该技能可能会带来灾祸。科学家们表明,“它们的危险极大,可能给人类健康、农业生产以及环境维护带来全球性灾祸。”

古尔维兹以为,“基因驱动”技能的具体运用办法应该严厉保密,和核武器技能一样。可是,美国哈佛大学遗传学家凯文-埃斯维尔特及其他26位科学家并不认同古尔维兹的说法,他们宣称,彻底揭露和通明是避免“基因驱动”技能被用来制作生物武器的最佳办法。科学家们呼吁,应拟定一系列安全规程,要确保被基因批改的物种不得逃散至野生种群中,比方展开相关试验只能在没有相关野生种群的区域进行。

4.Science:科学家称基因灭虫技能远景喜人却面对窘境

如果这种办法起作用,并经过监管和道德批阅,那么“基因驱动”可能是一种铲除带着疟疾蚊虫的新办法。这个主意听起来简略诱人:经过在一群动物中心敏捷分布一种基因,可以阻挠其传达疾病,或许直接杀死如农业害虫等物种。但美国国家科学院、工程院和医学院(NAS)近来在华盛顿特区主办的一次研讨会上清晰表明,这种概念的中心,即基因驱动技能当时依然面对各种科学和监管上的不确定性。因而,基因驱动技能的工业运用依然“任重而道远”,英国伦敦帝国学院人类遗传学家Austin Burt说。

NAS安排了一个委员会评价这一技能,该委员会安排了4次关于基因驱动研讨的科学、道德和监管信息研讨会,此次在华盛顿举办的会议为其间的第2次。解救人员评论了现有监管和道德结构是否足以辅导和操控基因驱动技能的展开,会议陈述称,现在仍须了解更多关于基因驱动技能的生态效应、基因驱动方针的具体性以及研讨人员在某个种群之间进行基因改动的有用性。“很明显,关于这个别系,我们知道的是如此之少。”弗吉尼亚理工学院暨州立大学分子遗传学家Zach Adelman说。但Burt表明,考虑到现在基因驱动技能仍处于前期研讨阶段,因而NAS有充沛的时刻就这个问题理清条理。

5.PNAS:用于疟蚊操控的基因驱动

在一项新的研讨中,来自美国加州大学欧文分校的研讨人员开宣布一种根据CRISPR/Cas9的基因驱动体系原型,用于对蚊子基因改造,以便反抗疟原虫发作的耐药性。

具体而言,他们构建出一种根据CRISPR/Cas9的基因驱动体系,该体系可以将一种抗疟原虫基因导入到蚊子中,并加以分散。在一项以斯氏按蚊(Anopheles stephensi)为研讨目标的概念验证中,他们证明这种经过改造的基因驱动体系可以在蚊子中传达一种两层抗疟原虫效应基因。这种基因靶向恶性疟原虫在感染阶段发作的两种要害蛋白,并且一个高度特异性的基因变换时刻中,它在雄性和雌性蚊子谱系中分散。

6.初次在哺乳动物中完成“基因驱动”,可用于铲除物种侵略

一些与美国维护安排协作的科学家宣称,他们初次成功地在哺乳动物中树立了一种被称作“基因驱动”的技能,并且可以运用它来消除在岛上争夺海鸟生存空间的侵入性啮齿动物。

现在有别离来自澳大利亚和德克萨斯州的两个科学团队表明,他们对家鼠进行了基因批改,使其基因组包含了野生种群的一些基因特征。这些改进的啮齿类动物在最近两个月才出世,因而还未有试验成果。

别的,在哺乳动物身上树立基因驱动模型还得益于一个“维护岛屿”举动的支撑和尽力。这是一个来自加州圣克鲁兹的维护安排,他们的座右铭是“避免灭绝”,并专善于在岛中广撒杀鼠剂来解救濒危海鸟。

可是杀鼠剂不能在大型或人口稠密的岛屿上用来杀灭啮齿类动物,这也是基因驱动技能被该安排看好的原因。“我们正在寻觅一些真实有创造性的办法”,该项目主任卡尔·坎贝尔说。如果当局答应该项目方案的话,每年则可拨出约700万美元,让他们可以在一个偏僻的岛屿上进行开始试验,以加速技能开发进程。

7.Science:生物界“新宠”基因驱动,消除疟疾的“利器”

作为一种可以润饰DNA遗传的办法,“基因驱动”可以使蚊子的遗传物质发作改动,最终乃至导致其数量骤减。科学家正在运用该办法来下降疟疾传达率,以维护非洲儿童免受疟疾侵袭

。 如果我们知道决议疟蚊要害性特征的基因或基因变异,如与原虫转阴及产卵等特性相关的基因,从理论上来说就可以将某些基因批改引进蚊子种群来下降疟疾传达率。现在,研讨人员已对多个品种的疟蚊进行了基因组测序,包含那些简直造成了非洲一切当地疟疾传达的疟蚊。他们期望经过基因改造整个蚊子种群来维护非洲儿童免受疟疾侵袭。

近来,来自亚利桑那州大学(Arizona State University)的进化生态学家詹姆斯·科林斯(James Collins)在美国科学促进会年度会议(AAAS)上关于“基因驱动”消除疟疾的专访被Science刊发。

根据基因组批改技能CRISPR的前进,“基因驱动”在抗寄生虫范畴也得到了重要运用。但如美国科学、工程、医学院( National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine )上一年所言:由于对整个人口的遗传信息的改造可能发作的意想不到的成果,因而其在开释到任何环境中时都应该采纳广泛的测验。

8.Science:防备与办理新式技能

在一项新的研讨中,美国海斯汀中心(The Hastings Center)研讨学者Gregory Kaebnick作出定论,鉴于办理新式技能需要对技能的运用进行约束,这是由于这些技能的潜在损伤和其他成果是高度不确定性的,在办理新式技能时采纳的防备办法经常被批评为反映“危险惊惧”,可是防备可以与对科学的支撑是相一致的。相关研讨成果宣布在2016年11月11日那期Science期刊上,论文标题为“Precaution and governance of emerging technologies”。

这篇论文评论了在基因驱动(gene drive)的景象下,采纳防备办法的好处,其间基因驱动有望处理铲除蚊媒流行症和维护濒危物种等长期存在的问题但也会冒着损伤整个生态体系危险的技能。Kaebnick是美国国家科学、工程与医学研讨院(U.S. National Academies of Science, Engineering, and Medicine, NASEM)基因驱动委员会的成员。该委员会在上一年夏天发布一篇引荐采纳防备办法的陈述。他的论文一起作者是这个委员会的一些成员和职工。

这篇论文具体叙说NASEM这篇陈述提出的主张。不是对一切关于基因驱动的研讨采纳防备办法—比方暂停一切这方面的研讨直到严厉的全球监管办法被执行,这篇陈述召唤采纳“针对性的但有含义的办法”。这样的办法会判定出特定的易于操控的忧虑,比方基因驱动可以对有机体的基因组发作不想要的影响,一种基因驱动润饰的有机体可以对一种生态体系发作不想要的影响,并且对什么是“不想要的”影响可能在不同人之间差异较大。

9.Science:在试验室中展开基因驱动试验应慎重

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图片来自Caroline Davis2010/Flickr。

近期,来自美国、英国和日本的研讨人员讨论了开发根据CRISPR的基因驱动体系,并指出在试验室中展开这种基因驱动试验时,应当慎之又慎。相关讨论成果宣布在Science期刊上,标题为“Safeguarding gene drive experiments in the laboratory”。

Valentino Gantz和Ethan Bier之前运用CRISPR/Cas9基因批改体系的优势,展开基因驱动试验:他们开宣布一种被称作骤变链式反应(Mutagenic Chain Reaction, MCR)的体系。运用MCR体系,他们可将一种杂种骤变转化为一种纯合骤变。他们已在果蝇体内证明了MCR体系的有用性:在97%的景象下,它可将带着的骤变导入到染色体的靶位点上。

尽管这些研讨人员选用严厉的屏蔽办法和额定的预防办法,可是一些科学家依然以为在未来,在试验室中操作根据CRISPR的试验,应当尤为慎重。

最终,这些研讨人员主张,在基因组上展开基因驱动试验在实践运用时多选用代替办法,然后下降带来的危险。

本文来历自生物谷,更多资讯请下载生物谷APP(http://www.bioon.com/m/)

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