近年来，“基因驱动”已成为生物学研究的热点领域之一。它是指特定基因偏向于遗传给下一代的一种自然现象。近年来发现的CRISPR基因编辑技术具有构建、简化和改善基因驱动开发的潜力。在被称为“基因剪刀”的CRISPR基因编辑技术的帮助下，科学家们开发了一种人工“基因驱动”系统，该系统已被证明能够在酵母、果蝇和蚊子中实现外部引入基因的多代遗传。
基因驱动(Gene drive)是由英国伦敦帝国理工学院的进化遗传学家奥斯汀伯特(Austin Burt)于2003年首次提出的，是一种可以将特定性状快速传播到种群中的系统。一般来说，物种中存在一些基因，它们在繁殖过程中被遗传的概率比普通基因高50%。因此，这些基因很容易在群体中传播，尽管它们可能导致个体适应性的下降。有了类似于这些特殊基因的遗传偏向，基因驱动理论上可以将这些人工改造的基因传播到野生种群中。这些修改可以包括基因的添加、破坏或修改，或个体生育力的降低，这可能导致整个物种的毁灭。
人工改造的基因驱动程序具有在野生种群中传播所需基因或抑制有害生物物种的潜力。由于其在控制携带寨卡病毒、疟原虫和登革热病毒的蚊子等生物方面的潜力，它最近受到了很多关注。
基于此，边肖盘点了基因驱动研究取得的进展和引发的争议，以飨读者。
1.Nat Rev Genet：人工改造的基因驱动系统操纵野生种群命运
在一篇极具创新性和技术性的评论文章中，加州大学河滨分校昆虫学助理教授奥马尔阿克巴里(Omar Akbari)说，“尽管基因驱动有所有潜在的好处，但它们尚未得到充分研究。考虑到这一点和技术的快速发展，我们想退一步，从更广阔的角度来看发生了什么。”
阿克巴里是加州大学河滨分校载体研究中心和整合基因组生物学研究所的研究人员，也是这篇发表在《自然评论遗传学》杂志上题为“欺骗进化：工程基因驱动操纵野生种群命运”的文章的通讯作者。这篇文章的其他作者是Jackson Champer和Anna Buchman，他们都是与Akbari合作的博士后研究员。
本文重点介绍了几种类型的基因驱动因子，包括基于归巢内切酶的基因驱动因子、伴性减数分裂驱动因子、medea基因驱动因子和显性缺陷基因驱动因子。他们从不同的属性描述这些基因驱动因素，包括扩散率、物种特异性、适合度成本、抗性易感性、可去除性和可逆性。
他们还讨论了这些基因驱动属于修饰驱动还是抑制驱动，其中修饰驱动旨在种群间传播目标性状，而抑制驱动具有减少目标物种种群的作用。
最后，作者提出了安全和监管问题。他们提出了与基因驱动相关的威胁，包括目标物种的灭绝、向目标地理区域以外的地方扩散和对另一个物种的潜在影响，以及导致经济损失甚至生物恐怖主义的潜在滥用。
2.Nat Biotechnol：提出解决CRISPR基因驱动问题的方法
在一项新的研究中，由哈佛大学医学院遗传学教授乔治丘奇(George Church)和哈佛大学医学院生物工程师凯文埃斯韦尔特(Kevin Esvelt)博士领导的研究小组提出了几种有效和安全的保障机制，用于使用基因驱动进行研究实验，并提供了第一种逆转基因驱动扩散引起的变化的方法。
他们将RNA和Cas9分离，使它们不在同一个生物体内共表达，或者在目标基因中插入人工序列，使基因驱动程序只在实验室生物体内被激活，因此在野外无法发挥作用。
他们还在酵母中证明，他们可以逆转基因驱动强加给生物体群体的特性。
3.基因驱动技术或可被恐怖分子利用研制生物武器
据国外媒体报道，一种名为“基因驱动”的基因技术最近引起了科学家们的关注。“基因驱动”技术可以在两只昆虫交配时引起基因突变，形成的“超能力基因”可以遗传给下一代。科学家警告说，这项技术如果被恐怖分子利用，可能会产生传播致命疾病的“转基因”昆虫，从而导致前所未有的环境灾难。
特拉维夫大学的遗传学家大卫古尔维尔(David Gourvil)表示，“基因驱动”技术可以在两只昆虫交配时引起基因突变，这种突变的基因很有可能会遗传给下一代。研究人员将这种技术比作“无法停止的核链式反应”，因为基因经过修改后传递给后代，而不管是否会对后代造成危害。
理论上，如果“基因驱动”技术被合法使用，它可以被用来消除由蚊子传播的疾病，如疟疾和黄热病。但如果被某些人恶意利用，转基因昆虫就可以有规律地传播致命疾病。古尔维尔解释说，“就像‘基因驱动’技术可以阻止蚊子携带和传播疟疾一样，这种技术也可以用来修改蚊子的基因，使蚊子可以携带致命的细菌或病毒并感染人类。”
近日，27位著名遗传学家在《科学》杂志上发表文章，呼吁科学界向普通大众阐明“基因驱动”技术的利弊，向人们解释这项技术可能带来的灾难。科学家表示，“它们存在巨大隐患，可能给人类健康、农业生产和环境保护带来全球性灾难。”
古尔维尔认为，“基因驱动”技术的具体用途应该严格保密，就像核武器技术一样。然而，美国哈佛大学的遗传学家凯文埃斯韦尔特(Kevin Eswelt)和其他26名科学家不同意古尔维尔的说法。他们声称，完全的公开和透明是防止“基因驱动”技术被用于制造生物武器的最佳方式。科学家呼吁制定一系列安全法规，以确保转基因物种不会逃入野生种群。比如相关实验只能在没有相关野生种群的地区进行。
4.Science：科学家称基因灭虫技术前景喜人却面临困境
如果这种方法有效并通过监管和伦理批准，那么“基因驱动”可能是一种消灭携带疟疾的蚊子的新方法。这个想法听起来简单而诱人：通过在一群动物中快速传播一种基因，可以阻止它们传播疾病或直接杀死农业害虫等物种。然而，美国国家科学院、工程院和医学院(NAS)最近在华盛顿特区主办的一个研讨会上明确表示，这一概念的核心，即基因驱动技术，仍然面临着各种科学和监管的不确定性。因此，基因驱动技术的工业应用还有很长的路要走，伦敦帝国理工学院的人类遗传学家奥斯汀伯特说。
NAS组织了一个委员会来评估这项技术，该委员会组织了四次关于基因驱动研究的科学、伦理和监管信息的研讨会，在华盛顿举行的这次会议是其中的第二次。救援人员讨论了现有的监管和伦理框架是否足以引导和控制基因驱动技术的发展。会议报告说，仍然需要更多地了解基因驱动技术的生态效应、基因驱动目标的特异性以及研究人员在某一人群中进行基因改造的有效性。"显然，我们对这个系统知之甚少."弗吉尼亚理工大学和州立大学的分子遗传学家扎克阿德尔曼说。然而，伯特表示，考虑到基因驱动技术仍处于研究的早期阶段，NAS有足够的时间来理清问题。
5.PNAS：用于疟蚊控制的基因驱动
在一项新的研究中，来自加州大学欧文分校的研究人员开发了一种基于CRISPR/Cas9的基因驱动系统原型，用于对蚊子进行基因改造，以抵抗疟原虫引起的耐药性。
具体来说，他们构建了一个基于CRISPR/Cas9的基因驱动系统，该系统可以将一种抗疟原虫基因引入蚊子并传播。在一项以斯氏按蚊为研究对象的概念证明中，他们证实了这种经过改造的基因驱动系统可以在蚊子体内传播双重抗疟原虫基因。该基因针对恶性疟原虫在感染阶段产生的两种关键蛋白，并在高度特异性的基因转化时间内在雄性和雌性蚊子谱系中传播。
6.首次在哺乳动物中实现“基因驱动”，可用于清除物种入侵
一些与美国保护组织合作的科学家声称，他们首次在哺乳动物中成功建立了一种称为“基因驱动”的技术，并可以利用它来消灭那些掠夺海鸟在岛上生存空间的入侵啮齿动物。
目前，来自澳大利亚和德克萨斯州的两个科学团队表示，他们已经编辑了家鼠的基因，使其基因组包含一些野生种群的遗传特征。这些改良的啮齿类动物是最近两个月才出生的，所以还没有实验结果。
此外，基因驱动的哺乳动物模型的建立也得益于一场“岛屿保护”运动的支持和努力。这是一个来自加州圣克鲁斯的保护组织。他们的座右铭是“防止灭绝”，他们专门在岛上喷洒杀鼠剂，以拯救濒临灭绝的海鸟。
但杀鼠剂无法用于在大型或人口密集的岛屿上杀灭啮齿动物，这也是基因驱动技术受到该组织青睐的原因。“我们正在寻找一些真正有创意的方法”，项目主管卡尔坎贝尔说。如果当局允许该项目得到规划，他们每年可以拨款约700万美元，以便在一个偏远的岛屿上进行初步实验，加快技术发展的进程。
7.Science：生物界“新宠”基因驱动，消除疟疾的“利器”
作为一种修改DNA遗传的方法，“基因驱动”可以改变蚊子的遗传物质，甚至导致它们的数量突然减少。科学家们正在用这种方法来降低疟疾的传播率，以保护非洲儿童免受疟疾的侵害。如果我们知道决定按蚊关键特征的基因或基因变异，比如与原生动物的转阴和产卵相关的基因或基因变异，理论上我们可以将一些基因修饰引入蚊子种群，以降低疟疾传播率。目前，研究人员已经对几种按蚊的基因组进行了测序，包括那些几乎在非洲所有地区造成疟疾传播的按蚊。他们希望通过对整个蚊子种群进行基因改造来保护非洲儿童免受疟疾的侵害。
最近，来自亚利桑那州立大学的进化生态学家詹姆斯科林斯在美国科学促进会(AAAS)的年会上发表了一篇关于“基因驱动”消除疟疾的专访。
基于基因组编辑技术CRISPR的进展，“基因驱动”也被用于抗帕金森领域。然而，正如美国国家科学、工程和医学科学院去年所说，由于整个人群的基因信息修改会产生意想不到的后果，所以当它被释放到任何环境中时，都应该进行广泛的测试。
8.Science：防范与管理新兴技术
美国黑斯廷斯中心(Hastings Center)研究学者格雷戈里凯布尼克(Gregory Kaebnick)在一项新的研究中得出结论，鉴于在管理新兴技术时需要限制技术的使用，这是因为这些技术的潜在危害和其他后果具有高度不确定性，在管理新兴技术时采取的预防措施经常被批评为反映了“风险恐慌”，但预防措施可以与对科学的支持保持一致。相关研究成果发表在2016年11月11日的《科学》杂志上，题目是《新兴技术的预防与政府》。
本文讨论了在基因驱动的情况下采取预防措施的好处，其中基因驱动是一种有望解决长期存在的问题如根除蚊媒传染病和保护濒危物种的技术，但也有损害整个生态系统的风险。Kaebnick是NASEM国家科学、工程和医学科学院基因驱动委员会的成员。该委员会去年夏天发布了一份报告，建议采取预防措施。他的论文的合著者是这个委员会的一些成员和雇员。
本文详细介绍了NASEM在本报告中提出的建议。这份报告呼吁采取“有针对性但有意义的措施”，而不是对所有基因驱动的研究采取预防措施——例如，暂停所有此类研究，直到实施严格的全球监管措施。此类措施将确定易于控制的具体问题，例如，基因驱动可能对生物体的基因组产生有害影响，转基因生物体可能对生态系统产生有害影响，而这些“有害”影响可能因人而异。
9.Science：在实验室中开展基因驱动实验应谨慎
图片来自Caroline Davis2010/Flickr。
最近，来自美国、英国和日本的研究人员讨论了基于CRISPR的基因驱动系统的开发，并指出在实验室进行这种基因驱动实验时应该谨慎。相关成果发表在《科学》杂志上，标题为“实验室中的安全守护基因驱动实验”。
Valentino Gantz和Ethan Bier利用CRISPR/Cas9基因编辑系统的优势进行基因驱动实验：他们开发了一个系统，称为诱变链式反应(MCR)。使用MCR系统，他们可以将杂合突变转化为纯合突变。他们已经证明了果蝇MCR系统的有效性：在97%的情况下，它可以将携带的突变引入染色体的靶位点。
尽管这些研究人员采取了严格的屏蔽方法和额外的预防措施，但一些科学家仍然认为，未来在实验室操纵基于CRISPR的实验应该特别谨慎。
最后，这些研究人员建议，基因驱动的基因组实验在实际应用中应采用替代方法，以降低风险。
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