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Nature 强势围观:“基因驱动”消灭物种入侵,我们还有多远的路要走

5 天前 来源:生物探索
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导读
使用CRISPR基因编辑技术在实验鼠中开发“基因驱动”,可用于消除对人类有害的动物群体。近日,一项颇具争议、能够改变整个物种基因组的技术首次被应用到哺乳动物身上。此次研究再次引来各路专家对基因驱动技术的热议。
相关研究已于7月4日以题为“Super-Mendelian inheritance mediated by CRISPR/Cas9 in the female mouse germline”的预印本形式发布在bioRxiv。

何为“基因驱动”?

“基因驱动”是指特定基因有偏向性地遗传给下一代的一种自然现象,其工作方式是,确保有机体后代继承某种“自私”基因的比例高于偶然发生的比例,从而允许突变或外来基因在群体中迅速传播。它们自然发生在一些动物身上(包括老鼠),可导致死亡或不育。

随着革命性的CRISPR - Cas9基因编辑工具导致合成“基因驱动”的发展后,这种驱动转变有望通过确保后代不育等方式,实现野外消灭问题物种,如传播疟疾的蚊子。这项技术很快引起了争议,甚至在全球范围内被禁止使用,因为如果在野外释放,携带“基因驱动”的生物可能会失去控制。

最新进展

在这项研究中,加州大学圣地亚哥分校发育遗传学家Kim Cooper领导的研究小组并没有试图开发一种“基因驱动”来使实验鼠不育。相反,他们的目标是为这项技术创造一个测试床,他们认为,这项技术在基础研究中也是有用的:倾向于遗传一种突变,这种突变能给小鼠穿上一层“白大褂”(all-white coats),而不是不育。

通常,在动物早期发育期间,基于CRISPR的“基因驱动”程序使用基因编辑工具将一条染色体上的突变复制到另一条染色体上。Cooper研究小组在小鼠胚胎中尝试这种方法时,突变并不总是被正确复制,它只在雌性胚胎中起作用。

基于这些结果,研究小组估计,这可能导致平均约73 %的雌性小鼠后代被遗传变异,而不是一般遗传规则下的50 %。当前Cooper拒绝论述其团队的工作,因为它尚未在同行评议的期刊上发表。

各种声音

未参与这项研究的澳大利亚阿德莱德大学发展遗传学家Paul Thomas说:“尽管有迹象表明它可能奏效,但要想把“基因驱动”作为控制啮齿动物种群的有用工具,还需要很长时间。”他的实验室目前在研究”基因驱动”对抗入侵的啮齿动物的工作。

伦敦帝国学院分子生物学家Tony Nolan是一个研究携带疟疾蚊子“基因驱动”小组的成员,他很高兴看到“基因驱动”至少可以在啮齿动物身上发挥作用。他说,即使这项技术没有成为根除工具,它依然有助于生产转基因实验动物,这些动物比现有技术更有效地模拟由多重突变引起的疾病。

其他研究人员也对这项研究持肯定态度,但同时表示这项研究也显示了这项技术在啮齿类动物身上的应用需要很长时间。这种技术的相对低效率意味着“基因驱动”要经过好几代才能在整个啮齿类动物种群中传播,给物种进化出对“基因驱动”的抗性留出了充足的时间。

图片来源:CC0 Creative Commons

未来可行

Thomas将这一结果描述为对啮齿动物“基因驱动”开发工作的“现实检验”。他说,这显示了我们还有很长的路要走。未来工作方向是寻求提高效率的方法,以及理解为什么这项技术在雄性小鼠身上不起作用。

Thomas同时还是一个名为“入侵啮齿动物基因生物控制”(Genetic Biocontrol of Invasive Rodents, or GBIRd)的项目成员,他们希望利用“基因驱动”来对抗入侵啮齿动物。

CRISPR“基因驱动”并不是研究人员对付入侵啮齿动物的唯一策略。GBIRd成员、遗传学家David Threadgill及其研究小组正在研究一种在小鼠身上自然产生的叫做t-haploype的“基因驱动”。研究人员计划修改这种自私基因,以制造无子小鼠:即携带两个拷贝的雌性小鼠只生雄性小鼠,这可能导致种群的最终灭绝。

GBIRd的合作伙伴、致力于消灭入侵害虫的岛屿保护部主任Heath Packard说,如果“基因驱动”技术证明能有效控制啮齿动物,岛屿将是理想的试验场。Packard说,消除小岛屿问题老鼠的啮齿类杀虫剂风险太大,不适用于生态系统复杂、人口众多的大岛屿。因此,“基因驱动”仍然是一项值得研究的技术。“我们希望将此作为一个服务于修复岛屿社区的工具,但是否会奏效我们尚不得而知。”他总结道。

责编:浮苏

参考资料:

Controversial CRISPR ‘gene drives’ tested in mammals for the first time

Super-Mendelian inheritance mediated by CRISPR/Cas9 in the female mouse germline

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