Science：生物界「新寵」基因驅動，消除瘧疾的「利器」

作為一種可以修飾DNA遺傳的方法，「基因驅動」可以使蚊子的遺傳物質發生改變，最後甚至導致其數量驟減。科學家正在使用該方法來降低瘧疾傳播率，以保護非洲兒童免受瘧疾侵襲。

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基因驅動，漸成生物界「新寵」

近年來，「基因驅動」成為生物學界的新興熱門研究領域之一，它指的是特定基因有偏向性地遺傳給下一代的一種自然現象。藉助被譽為「基因剪刀」的CRISPR基因編輯技術，科學家研發出人工「基因驅動」系統，並在酵母、果蠅和蚊子中證實可實現外部引入的基因多代遺傳。

作為一種可以修飾DNA遺傳的方法，「基因驅動」可以使野生動物的遺傳物質發生改變，最後甚至導致該種族數量驟減，然而到目前為止只在昆蟲和酵母中被證明有效。

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消除瘧疾的「利器」

瘧疾是一種被瘧蚊雌蚊叮咬後在人類間傳播的疾病。在撒哈拉以南非洲的某些地區，每年感染瘧疾的人數多達2億人；在瘧疾傳播地區，受到瘧原蟲感染的蚊子每天都在叮咬人類。

將「基因驅動」引入蚊子種群或成控制瘧疾的關鍵

如果我們知道決定瘧蚊關鍵性特徵的基因或基因變異，如與原蟲轉陰及產卵等特性相關的基因，從理論上來說就可以將某些基因修改引入蚊子種群來降低瘧疾傳播率。目前，研究人員已對多個種類的瘧蚊進行了基因組測序，包括那些幾乎造成了非洲所有地方瘧疾傳播的瘧蚊。他們希望通過基因改造整個蚊子種群來保護非洲兒童免受瘧疾侵襲。

基因驅動控制瘧疾的3種方法（圖片來自世界科學）

如圖所示，「基因驅動」控制瘧疾主要具有3大策略：（1）傳播有害突變以減少蚊子數量；（2）使群體內的性別比失衡；（3）修飾蚊子自身基因，提高蚊子對抗瘧疾寄生蟲能力。

近日，來自亞利桑那州大學（Arizona State University）的進化生態學家詹姆斯·科林斯（James Collins）在美國科學促進會年度會議（AAAS）上關於「基因驅動」消除瘧疾的專訪被Science刊發。

基於基因組編輯技術CRISPR的進步，「基因驅動」在抗寄生蟲領域也得到了重要運用。但如美國科學、工程、醫學院（ National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine ）去年所言：由於對整個人口的遺傳信息的改造可能產生的意想不到的後果，因此其在釋放到任何環境中時都應該採取廣泛的測試。

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對詹姆斯·科林斯的專訪

進化生態學家James Collins

問：我們是否應該看看環境是如何受到基因驅動的影響嗎？

答：當然需要，畢竟這是對自然的操縱。我們暫不清楚它對人口動態和生態系統產生什麼影響。在某些情況下，基因驅動的目的是減少有機體的種群大小，這可能會影響寄生蟲的授粉和傳播等過程。在其他情況下，我們將利用基因驅動來清除會引起人口滅絕的疾病。

問：釋放這些生物最糟糕的後果是什麼？

答：消除有機體或大大減少其數量。通過消除一個植物物種，你會導致其他物種的擴散，這會導致生態系統的一系列變化。我們需要很好地理解系統，以便我們在做出決策時能夠考慮到倫理問題。

問：誰來做這些決定？

答：社會科學家正試圖想出人口抽樣的更好方法，以便更好地了解哪些是可容忍的，哪些是不可容忍的。如果你在A鎮上發布「基因修飾過的蚊子」（modified mosquitoes），這可能不會有任何問題；但這不意味著它們飛往B鎮不會產生問題。即使B鎮人民對此類蚊子不感興趣，但也阻止不了蚊子會飛往那兒。

問：FDA批准轉基因蚊子的釋放，用以控制佛羅里達州某些地區的Zika病毒。如果該技術是可以接受的，為什麼科學家對「基因驅動」仍然如此謹慎？

答：相比其他技術，「基因驅動」的優點是，只要你釋放修飾過的雄性蚊子，它們是有效的。當你停止操縱，數量會反彈到正常水平。「基因驅動」是一個尚未被證明的控制系統，一旦你改變種群的基因，他們會不斷發生變化。

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應用前景

「基因驅動」具有物種特異性、自我維持、長期有效性和成本效益等特點；對昆蟲媒介和害蟲數量的控制潛力巨大；可作為現有的消滅瘧疾方法的補充，比如疫苗開發、抗瘧葯和包括殺蟲劑、蚊帳等在內的傳統的蚊子媒介控制方法。

科學是一把雙刃劍。即使是基因驅動技術的支持者也指出，這項技術需要非常仔細的研究和謹慎的部署，否則最後的結果或將無法像宣傳的那樣有效。

參考資料：

New gene drive technology could wipe out malaria, but is it safe?

Science, Ethics, and Engagement in the Governance of Gene Drives: It Takes a Village

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