發(fā)布日期：2017-11-24
阿克巴里正在設(shè)計的是一種稱作基因驅(qū)動的技術(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有力武器。而美國國防部將其看作國家安全問題。
為了在早上進(jìn)行工作，奧馬爾·阿克巴里（Omar Akbari）至少要經(jīng)過六扇密封門，其中包括一個不透氣的前廳。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，它通過叮咬傳播疾病，每年導(dǎo)致數(shù)百萬人死亡。但這不是對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)計的是一種稱作基因驅(qū)動的技術(shù)，試把它看作加速人類進(jìn)程的方式，這項技術(shù)使基因改造僅在幾代間就滲透到整個人類中，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有力武器。而美國國防部將其看作國家安全問題。
去年，前美國國家情報總監(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散”引起的威脅。7月，美國國防高級研究計劃局在為期四年的合同中授予7組科學(xué)家6500萬美元，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)定美國國防高級研究計劃局為世界上最大的基因驅(qū)動研究政府資助者。其中大部分資金將用于設(shè)計更安全的系統(tǒng)，研發(fā)對抗極端基因驅(qū)動的工具，此類基因不是偶然就是惡意進(jìn)入環(huán)境中。
這種危險可能比科學(xué)家們最早想到的還要真實。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)來建立基因驅(qū)動的想法時，他就思考物種滅絕這個問題。具體來說，將一種繁殖能力低下的基因注入外來動物身體，與它們競爭資源，從而防止瀕危野生動物滅絕。保護(hù)生物學(xué)家接受并認(rèn)可了這個想法；目前，他們正在考慮用基因驅(qū)動來拯救夏威夷、新西蘭和法拉羅尼斯本土鳥類。但此時，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)動的攻擊性，十分殘忍。只有幾個基因工程有機體可以絕對改變生態(tài)系統(tǒng)。艾斯威特并沒有把這項技術(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。
“基因驅(qū)動技術(shù)造成的主要風(fēng)險是社會性的，”他說。“基因驅(qū)動缺乏職業(yè)道德的閉門研究、無端的恐慌或未經(jīng)許可的發(fā)表都會破壞公眾對科學(xué)和政府管理的信任。”他仍認(rèn)為基因驅(qū)動有能力挽救瀕危物種，對抗公眾健康威脅。但研究人員首先要做的是發(fā)明基因驅(qū)動更安全的形式。這就是美國國防高級研究計劃局資金用的地方。直到最近，基因驅(qū)動才很大程度上進(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)實生活中進(jìn)行檢驗。這最開始用小昆蟲做實驗，從它們受精時候?qū)⒁粋€基因編輯注入其DNA中。周二，一篇論文發(fā)表在美國國家科學(xué)院院報上，這是阿克巴里第一次以埃及伊蚊為對象發(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)中實現(xiàn)對DNA剪切的其中一半物質(zhì)。因此，阿克巴里團(tuán)隊只需將另一半——向?qū)Ш颂呛怂?mdash;—注入到胚胎中，讓Cas9自動執(zhí)行專門的剪切過程。一旦他們刪除了表皮色素基因，蚊子就會從黑色變成黃色。那翅發(fā)育基因呢？歡迎來到不會飛的吸血蟲世界。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的蚊子將會成為一項重要的工具。科學(xué)家認(rèn)為他們只探討了5%的埃及伊蚊基因組。這意味著無人知道大部分蚊子基因是如何運作的。現(xiàn)在，他們可以輕而易舉地通過基因探查那些敲除基因?？赡芩麄儠l(fā)現(xiàn)一個使蚊子嘴巴存留瘧疾的基因?；蛘咭粋€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能的新手段，這些菌株是高效基因驅(qū)動的重要組成部分。通常，這項技術(shù)需要在同一位置同時表達(dá)Cas9和向?qū)Ш颂呛怂?。但這會令驅(qū)動系統(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。
他的團(tuán)隊已經(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)動傳播的唯一方式是不斷向蚊子種群中注入Cas9，”阿克巴里說。“Cas9繼承了Mendelain方式，隨著驅(qū)動依賴Cas9的存在，這會使其受制于實驗室環(huán)境或野外的自我限制。”
另一種方式為“雛菊驅(qū)動”，這是艾斯威特在羊毛身上的線蟲綱動物研究的東西。它通過在寄生蟲身上安裝一個自排基因燃料進(jìn)行工作。把它們分裂成3個或更多部分，然后用雛菊鏈方式將它們連接起來，一旦你引入它，理想的改變很快就會分散，但一會就會失敗。這一結(jié)果是暫時的，只能控制一種當(dāng)?shù)匚锓N的基因編輯。總之就是這個想法。美國國防部高級研究計劃局資助的其他團(tuán)隊正致力于建立一個保障，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。
研究所與哈佛醫(yī)學(xué)院的團(tuán)隊正在篩查編輯一組化學(xué)開關(guān)來阻礙像短回文重復(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)隊希望找到能阻止基因編輯活動的抗短回文重復(fù)序列蛋白，這能幫助設(shè)計抵抗性基因驅(qū)動。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)序列化的超級蚊子，但艾斯威特將國防部的支持看作安全推動基因驅(qū)動技術(shù)的唯一方式，至少目前是這樣。
美國國防部高級研究計劃局項目直接防止基因驅(qū)動生物體的釋放，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?？赡苡幸惶焖麜碛蟹肿庸ぞ?，不用再考慮進(jìn)出安全問題。但目前，它們?nèi)匀皇腔蝌?qū)動和外部世界間最安全的東西。
來源：億歐網(wǎng)
