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PNAS:CRISPR与基因驱动完美结合,改造蚊子有望终结疟疾传播

2015/11/25 来源:生物探索
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导读
11月23日 ,美国科学院院报(《PNAS》)期刊发表了一篇利用基于CRISPR/Cas9基础的基因驱动技术实现抗虫基因在蚊子群体的繁衍,从根源上有效阻止疟疾的传播。相比于过去的研究,基因驱动的优势在于,改造过的突变蚊子繁衍的后代都会携带有抗虫基因。


当CRISPR的热衷话题还围绕在运用于编辑人类胚胎、遗传重组动物、转基因植物研究时,不少国外研究团队正在考虑将CRISPR/Cas9神器应用于野外生物体。借助基因驱动方法,将突变基因通过繁衍快速遍及整个种群。十多年的研究历程,科学家一直期许能够借此系统控制因蚊子、蜱虫传染的疾病,例如疟疾。

11月23日 ,美国科学院院刊(《PNAS》)期刊发表了一篇利用基于CRISPR/Cas9基础的基因驱动技术实现抗虫基因在蚊子群体的繁衍,从根源上有效阻止疟疾的传播。相比于过去的研究,基因驱动的优势在于,改造过的突变蚊子繁衍的后代都会携带有抗虫基因。

文章作者、加州大学的分子生物学家Anthony James表示,这一研究突破有望为多年通过改造蚊子扼制疟疾疫情的科研历程画上一个句号。

基因工程技术改造蚊子,获得特异抗体控制疟原虫传播

James实验室借助分子遗传工具获得转基因蚊子,携带有控制疟原虫(P. falciparum)传播的抗性基因。当雌性蚊子叮咬时,该抗性基因会表达分泌一种抗体,结合至寄生虫表面,阻止病原虫通过血液传播至人体。通常情况下,携带有突变基因的雌性蚊子生育的后代中只有一半含有该基因。所以,这种转基因蚊子不能够真正实现对疟疾的控制。


A图,正常情况下,突变基因有50%的概率遗传给下一代。B图,基因驱动大大增加遗传概率,几乎能够实现百分百遗传


直至,加州大学的发育生物学家Ethan Bier和Valentino Gantz研究团队成功将CRISPR/Cas9基因编辑技术与基因驱动技术结合完成了果蝇试验,这给百分百遗传提供了机会。

CRISPR与基因驱动结合,完美遗传抗性基因

2003年,伦敦帝国理工学院进化遗传学家Austin Burt提出“基因驱动”(Gene drive)。它是一个能够快速将特定性状扩散到群体中去的系统。一般来说物种中都会存在这样一些基因,它们在繁殖的过程被遗传的概率比普通基因高出50%。因此,这些基因就可以很容易在群体中散播,即使它们可能导致个体的适应性下降。借由与这些特殊基因类似的遗传“偏向性”,Gene Drives在理论上可将这些人为改造的基因散播到野生群体中。而这些改造可以包括基因的增添、破坏或者修饰,也可以包括减少个体的生育能力从而可能导致整个物种的毁灭。

两个研究团队合作,将该体系运用到转基因蚊子中。研究团队将Cas9内切酶基因、导向RNA、抗性基因组装成一个遗传”盒子”,将其插入蚊子基因组中,可以将抗性基因精准靶向生殖细胞的高特异位点,同时实现一条染色体的变异拷贝到另一条染色体,形成纯合体。借助该体系,James实验室成功获得携带有抗虫基因的纯合突变,能够近乎百分之百地传递给下一代。

修饰过的基因能够遗传给下一代,且概率高达99%。尽管研究人员没有考察是否所有的蚊子能够抵抗寄生虫,但是他们明确繁衍的下一代蚊子体内都表达有抗性基因。如果这些昆虫释放到野生环境中,它们“独特”的抗性基因将在蚊子种群中传播,有望从根源上阻止疟疾。


生态安全争议:转基因蚊子能否放生于野外?

其他研究团队也正在开发基因驱动技术控制疟疾。伦敦帝国理工学院的研究团队已经利用CRISPR技术改造了冈比亚按蚊 ( A. gambiae)(南非地区主要传播疟疾的蚊子)。进化遗传学家Austin Burt研究团队利用基因驱动系统会使得雌性蚊子产的卵中都携带有灭活基因,从而减少蚊子数量。据研究人员表示,研究成果有望明年发表于Nature子刊。

但是,基因驱动能够让蚊子不再具备传播疾病的能力,那么它也存在让蚊子携带危险基因的可能。而且,基因编辑过的蚊子是否会扰乱生态系统的平衡呢?这些安全隐患让不少科学家一直在呼吁对基因驱动技术的谨慎使用。

剑桥麻省理工学院的研究新兴技术的政治学家Kenneth Oye认为这些技术已经超过了已有的生物监管和政策讨论范畴。他认为需要对该技术改造后的突变物种进行长期考察,包括如何控制物种蔓延、扰乱生态平衡等问题。

基因驱动之所以存在争议,是因为它有改变整个生态系统的潜力。James团队明确表示,目前,基因编辑过的蚊子一直封闭培养在实验室。除非安全隐患解决,否则他们不会将它们释放到自然中。

备注:本文部分内容参考自科学之家、GEN网站、Nature官网

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