导语：众所周知，通过修改基因来解决蚊灾并不新颖，但是基因驱动却是新新的技术。对此，我们不禁思考：它到底是如何进行的？能否适用于所有生物？又是否毫无风险呢？
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拥有“基因剪刀”的遗传学
本文所涉及的内容无异于控制人类的进化——不可否认，现在首先是蚊子的进化，但原则上也适用于其它生物体。
我们当前的重点是应对蚊子传播的疾病，比如疟疾和寨卡病毒。以往我们一般采用放射性照射来使采采蝇不育，然后这些不育的采采蝇与其他（野外的）采采蝇交配，就大大减少了采采蝇的数量。这种方法虽然行之有效，但也有两个局限：一是通过迁移，种群数量可以迅速恢复；二是这种方法不适用于蚊子，因为被照射的蚊子与野外的蚊子相比，数量上并不占优势。
这让我们想到了目前这个神奇的武器，它不仅优雅合理而且效果惊人。其实用修改基因序列的办法来应付蚊虫问题并不新颖，但采用CRISPR/Cas9（http://www.lindau-nobel.org/editing-genes-with-crispr-cas9/）来加快进化过程却是全新的方法。而且它只按照我们既定的要求进行进化改变，这种技术被称为基因驱动。
基因驱动意味着，一只修改过基因的蚊子与一只“正常的”蚊子交配后，只会产下设定基因组成的后代。这样一来，短期之内所有的蚊子要么不育，要么不能传播病菌。而且还能长期阻断蚊子传播病毒。
寨卡病毒，图片来源： iStock.com/luismmolina
CRISPR/Cas9 技术如何引发基因序列反应呢？
简单来讲，在蚊子群体中加快基因扩散，其过程如下：首先，按照设定模式对卵子或精子的基因序列进行编辑，而这种干预会在受精过程中自动重复进行。比如当修改后的染色体与正常染色体结合的时候，干预会自动进行，因为首次干预会生成第二次干预所需的工具。而后细胞的修复机制也会帮助我们进行所需的基因修改。我们在每个最初发现原基因组的位置植入新基因组，然后每次通过受精作用，产生新的基因变异，而原来的基因组就不复存在了。
具体的研究成果是什么呢？
2014年夏天，研究人员首次提议将CRISPR技术运用到目标基因驱动，而且目前有两个研究团队已经在2015年成功了。一方面，来自加利福利亚的研究小组已经制造出不传播疟疾病原体的蚊子，而另一方面英国的科学家们也不甘示弱，培育出真正不育的蚊子。下一个目标即在亚洲虎蚊身上实验，并产生类似效果。因为除了寨卡病毒，亚洲虎蚊还传播黄热病、登革热以及其它疾病。事实上，一家英国公司已经在野外试验中对这些转基因亚洲虎蚊进行了测试。在这此测试中，新的基因使得雄蚊不再繁殖，从而达到停止传播登革热病毒的目的。然而，利用基因驱动来控制昆虫进化的实验尚未在野外大范围进行。对此，有的科学家强调这并非坏事。他们一致认为野外大范围实验事关重大，需要介入必要的公共辩论以及实施国家监管程序。而且他们试图避免这个科学领域的“低门槛”，如果任何人都可以随意研究这个课题，那么将会影响公众舆论，并威胁社会对于科学发展的信任。因此一如往常，问题还是——是否所有研究人员都该理所当然地遵守一些该研究领域的规章制度；而对该研究的公开辩论又是否是由丑闻引发的。
潜在发展与风险
因此，我们不禁思考，还有其它什么情形下可能运用基因驱动系统呢？首先，它可能运用于所有有性繁殖，并且繁衍相对迅速的物种，包括昆虫类，或者小鼠和大鼠等动物以及许多植物物种。事实上，研究人员正在思考基因驱动技术能否用来消灭外来入侵物种，其中一个非常著名的例子就是入侵澳大利亚的甘蔗蟾蜍。而且，他们还推测基因驱动在农业方面的潜在用处，即用来克服使用有害化学品的循环周期以及随后产生的抗药性问题。
亚洲虎蚊（白纹伊蚊），图片来源：iStock.com/GordZam
我们从早前的基因技术的讨论中已经了解到此类研究的风险，那就是如果转基因生物进一步发生基因突变或者修改的基因转移到其它物种之中，我们该如何解决？这对于生态系统又将产生什么后果？针对这些具体问题，研究人员试图只修改蚊子特有的基因，来阻止基因突变转移到其它物种中。至于对生态系统的影响，最后可能要用成本效益来分析。在此之前研究人员就已经观察并记录到，消灭某类蚊子会造成蜘蛛、蜻蜓以及鸟类数量减少。但这些又由谁来决定呢？至少到目前为止，这个领域尚未出台相关的法律体制。
让我们再回到特定基因驱动系统的问题：上述机制虽然只简单地重复特定基因序列的移除以及置换，但这却是一个关键问题。置换新的基因序列并不是细胞对空白DNA做出反应的唯一途径，它也可以仅仅只是连接两条DNA序列末端。而不同的物种，细胞对空白DNA的反应也不同。虽然我们已经了解了蚊子的机制，但苍蝇的却要复杂得多，这主要取决于这个物种是否主要受生殖规律影响以及是否高度优化。
预防不良发展的安全措施以及对策
其实有多种措施可用来防范不良发展：比如，只在特殊环境下培育基因驱动修改的物种，一旦其脱离具备各种安全措施实验室就无法存活，。或者仅在有限的生态系统中对修改基因的物种进行测试，而这个物种虽然基因已经被修改，但缺少进化的加速剂，所以无法快速进化。
然而，研究人员也正在思考如何采用内置的系统性方法来进行试验：一种所谓的分离驱动，能将基因驱动的不同成分分别插入，比如一些部分进入基因组，而其它部分则在DNA外面。这种方法可以减缓修改的基因在野生物种的扩散。而第二种基因驱动是否可行，也尚在商讨之中，它主要在稍后的阶段中用来停止第一种基因驱动。在实验室里，我们已经对这种“分子消除剂”进行了测试，发现其效果明显，但这个过程仍然有危险。在此，引用基因驱动方面的先驱Kevin Esvelt的一句话：“凡事都有风险，我们必须考虑清楚是否乐意承担。”
（翻译：夏雪 审校：张玲）
原文链接：http://www.lindau-nobel.org/gene-drive-evolution-in-fast-motion/
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