《科学画报》
开博时间：2016-07-01 14:43:00由中国科学社于1933年8月创刊，距今已有80年的历史。《科学画报》在80年的办刊历程中，形成了通俗生动、图文并茂地介绍最新科技知识，形式多样地普及科学技术的特点，对提高广大群众的科学水平，启发青年爱好科学、投身科学事业起了很大的作用，当今的不少著名学者、教授、科学家，青少年时代都曾受到它的熏陶和启发。
进化能逆转吗？
2021-06-11 13:24:00在数十亿年的时间里，进化已经在地球上创造了各种各样的生命，包括我们人类在内。即便是现在，它还在帮助野生动物适应我们对地球所做的巨大改变。但进化也有黑暗的一面，有可能对我们的健康乃至文明构成威胁。
进化的黑暗面
首先，进化可能对健康造成危害。这就是为什么具有抗生素抗性的超级细菌变得越来越常见，以及为什么像疟疾、癌症这样的致命疾病可以减弱药物治疗效果的原因。进化也会对我们的食物和环境造成影响，因为快速变化的害虫和杂草变得越来越难以控制。那些曾一度认为被我们消灭的害虫(头虱、臭虫和老鼠等)，现在又有复发的迹象。夸张一点说，文明的未来取决于我们如何阻止这些具有威胁的进化。
生物学家已经提出了一系列方法，包括创造“不可变”基因，将基因编辑工具转变为“反进化”的超级武器，并加快病毒变异使其无法进化等。英国格拉斯哥大学的李·克罗宁 说：“我们甚至可以逆转抗生素的耐药性。”
我们倾向于认为进化是一个需要数百万年的过程，事实上，它可以迅速完成。自文明出现以来，它一直给人类带来困扰。农耕时代，当农民开始手工除草时，杂草就通过让自己看起来更像农作物来进化。
在工业时代，进化已经成为一个工业规模的问题。当我们开始使用青霉素治疗感染、用滴滴涕杀死蚊子和用除草剂摧毁杂草时，抗性就开始出现了。
原因很简单：当我们试图消灭害虫和病原体时，我们会对它们施加巨大的压力，要么进化，要么死亡。如果毒药没有完全生效，那些存活下来的个体可能会对它产生一定的抵抗力，而它们的后代可能会获得更具抗性的突变。当华法林于1948年首次被用于杀死大鼠时，最早的抗药报告在10年之后才出现。在快速繁殖的生物体如病毒和细菌中，这个过程可能仅需要数天或数小时。
逆转进化的策略
进化无处不在。癌症就是一种进化性疾病。癌症细胞会躲避免疫系统的攻击，诱使身体向它们提供食物和氧气，并进行扩散传播。
在我们与不良进化斗争的过程中，已经取得了一些可喜的胜利。20世纪90年代，医生采取三联疗法治疗艾滋病。将三种药物结合起来，使病毒很难同时对所有药物产生抗药性。三联疗法是最早的进化治疗策略之一，它让数百万人重获新生。
事实上，停止进化可以像消除驱动自然选择的压力一样容易。例如，导致作物稻瘟病的真菌在短短3年内就会对新的杀菌剂产生抗药性。当农民停止使用杀菌剂后，抗性菌株在4年内消失了。
甚至不需要停止使用杀菌剂或杀虫剂，只需确保易感害虫超过抗性害虫即可。研究人员曾对农作物进行基因工程改造，使其可以产生Bt毒素(一种杀虫剂)。但害虫在几年内就会对Bt毒素产生抗药性。如果农民混合种植Bt作物和普通作物，大量的Bt易感害虫就会存活下来，它们与Bt抗性较小的害虫交配，导致害虫体内不会再出现新的抗性。这种方法无疑是有效的，但农民不愿意种植大量的非Bt作物。
说服人们不要过度使用抗生素就更难了。抗生素耐药性正在迅速恶化，并有可能在医学上取消一个世纪以来的进步。然而一些研究人员认为我们可以使用抗生素来逆转细菌的选择压力，并使它们再次对抗生素敏感。
克罗宁的团队一直在试验交替使用两种抗生素来攻击细菌。这并不是一个全新的思路，交替使用具有不同作用方式的化学品，长期以来一直用于防止出现农药抗性，但之前尚未应用于抗生素。克罗宁的团队已经开发出一个模型来研究如何优化效果，并证明它可以对培养皿中生长的细胞起作用。更重要的是，该模型表明这种方法也可以帮助阻止肿瘤细胞产生耐药性。
逆转进化的武器——CRISPR
同时，CRISPR基因编辑技术使我们能够以一种全新的方式正面解决进化问题，该技术可以靶向和破坏特定的DNA(脱氧核糖核酸)序列。
CRISPR涉及两个相关组分：Cas9蛋白和指导RNA(核糖核酸)。Cas9扫描细胞的DNA，直到找到与指导RNA的一部分相匹配的序列，然后在该特定位点切割DNA。因此，通过适当的指导，CRISPR可以破坏编码抗生素抗性(或其他不需要的性状)的DNA，而不会杀死携带它的细菌。换句话说，它可以用来逆转进化。
棘手的部分是将CRISPR工具包放入细菌内。这可以通过称为噬菌体的病毒来完成，噬菌体通过将DNA注入细菌来复制自身。遗传学家“劫持”这些噬菌体，将病毒DNA换成编码CRISPR成分的DNA。但是，这种方法有很大的局限性。首先，特定的噬菌体只会感染特定的细菌，因此必须定制每种处理方法。此外，噬菌体不能在血液中存活，因此不能用于治疗内部感染——尽管它们可以喷洒在伤口上或用于靶向肠道内的细菌。
美国哥伦比亚大学的亚历杭德罗·查韦斯采取了不同的策略。他的团队不想使用CRISPR来逆转进化，而是希望阻止特定的特征发展。他的团队创建了一个针对已知突变CRISPR系统，该突变可以产生对抗生素利福平具有抗性的特定大肠杆菌菌株。接下来，他们将该系统插入非抗性大肠杆菌中，然后把这些经过改造的大肠杆菌和普通大肠杆菌放在小鼠的肠道里，再给小鼠服用利福平。在给予普通大肠杆菌的小鼠中，几天内出现了抗性突变体;但在给予改造大肠杆菌的那些小鼠中，没有出现抗性突变体。
这种“反进化”系统能够以各种方式使用。最明显的是用于制造各种产品(从啤酒到胰岛素到香草调味品等)的微生物，阻止它们发生不必要突变。美国得克萨斯大学的杰弗里·巴里克的团队正在通过创建“抗突变体”——突变率较低的细菌，来解决这个问题。一种方法是去除所谓的基因组寄生虫，即生物体中不会提供任何益处，但会大大提高突变率DNA序列。另一种方法是提高复制DNA的酶的准确性，这可以显著降低突变率。
突变率过高可以阻止生物适应和进化，甚至使它们灭绝。一些生物学家利用这一事实来对抗不良进化。根据此原理生成的一些实验性药物，有望对抗那些引发疾病的病毒，包括从流感病毒到西尼罗河病毒等。
这种方法可能仅对在RNA中编码其遗传信息的病毒有效，因为它们具有非常高的突变率。但查韦斯的“反进化”系统应该能在更广泛的生物体中起作用，甚至可能在野生植物和动物(如蚊子和老鼠)中起作用。CRISPR已经被改编成人工基因驱动器，DNA序列在基因组中复制自己，以便传递给所有后代，而不仅仅是其中的一半。
CRISPR有望以全新的方式解决进化的黑暗面。但是，我们需要确定这样不会造成意想不到的后果，比如驱动更危险病毒的进化等。有一件事是肯定的，即使在我们与进化的斗争中使用新武器，这也将是一场持久的战争，我们所要做的就是在整个过程中领先一步。
本文来自《科学画报》
