野合就爆炸？為了讓實驗室物種不在野外擴散，科學家也是拼了

原文以Synthetic species made to shun sex with wild organisms為標題

發布在2018年1月15日的《自然》新聞上

原文作者：Ewen Callaway

基因編輯生物無法與其野生同類繁殖，可以防止基因編輯過的植物將其基因傳播給非改造作物和野草，但能夠對抗害蟲。

合成生物學家製造出了一種轉基因釀酒酵母 (Saccharomyces cerevisiae) ，它無法和野生釀酒酵母繁殖。

圖片來源：Eye of Science/SPL

因為Maciej Maselko，經過基因改造的生物若與野生同類繁殖，下場只有死亡。Maciej Maselko是明尼蘇達大學的一名合成生物學家，他和同事使用基因編輯工具合成了無法與野生酵母繁殖的基因改造酵母。他們稱在此過程中，一種合成物種誕生了。

「我們希望製造出和原始生物在方方面面都一樣的物種，除了一點：在遺傳上不相容。」Maselko解釋道。他將在1月16日在美國加州聖迭戈舉辦的國際動植物基因組大會上展示他的研究。明尼蘇達大學的生物化學家Michael Smanski參與領導了這項工作。

研究人員希望該技術可以用來阻止基因編輯過的植物將基因傳遞給非改造作物和野草，從而控制實驗室生物出現擴張。通過用基因編輯生物替代野生生物，或許還有助於對抗害蟲及入侵物種。一些科學家承認這種方法具有一定前景，但是提醒說它還面臨一些技術障礙，比如基因編輯生物在野外生存和競爭的能力。「這是一個具有獨創性的系統，如果成功，會有很多用處。」北卡羅萊納州立大學的演化生物學家Fred Gould說。

自我毀滅模式

Maselko和Smanski使用CRISPR-Cas9基因編輯工具改變基因的表達，而不是編輯目標基因。研究組引導Cas9酶過度激活特定基因，使其蛋白產物增至毒性水平。他們首先使用釀酒酵母測試這種方法，他們不斷提高肌動蛋白水平，直至包含它的細胞爆炸。

為了防止編輯過基因的酵母細胞與其他菌株繁殖成功，實驗團隊對酵母細胞做了兩種修飾：一種會產生某版本Cas9，Cas9與其他因子共同識別並過度激活肌動蛋白基因，它就像是「毒藥」。另一種是一個阻止Cas9過度表達肌動蛋白的變異，相當於「解藥」。

同時包含毒藥和解藥的酵母菌株若和攜帶解藥的菌株繁殖，可產生健康的後代；若和缺少解藥的實驗室菌株繁殖，那麼它們的後代幾乎全部都會像氣球一樣炸開。Maselko和Smanski團隊在10月的《自然-通訊》上報告了這一結果。

Maselko團隊還使用一個名為「wingless」的發育基因作為毒藥，改造果蠅合成物種，並且很快將對植物、蚊子、線蟲和斑馬魚展開實驗。他和Smanski一起為這種方法申請了專利。

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活體釀酒酵母細胞的延時攝影景象，左邊為可相容繁殖，右邊為不可相容繁殖。

圖片來源：Maselkoet al.,Nature Communications8:883 (2017).

對抗生物入侵

合成物種還可用於戰勝和控制會傳播疾病或損害生態系統的不良物種。Siba Das是Maselko在明尼蘇達大學的同事，他在國際動植物基因組大會上通過一個數學模型，表明如何通過投放合成物種來對抗鯉魚入侵（在明尼蘇達州和美國其他中部州的河流和湖泊中，鯉魚泛濫成災）。

然而，加州大學的分子生物學家Omar Akbari表示，阻止異種繁殖的基因修飾——毒藥和解藥——可能會大大削弱生物的演化適應性。Cas9酶不一定每次都能識別目標基因，有可能會上調其它基因的活性。這樣的「脫靶效應」還可能影響基因編輯過的生物的健康。Akbari補充表示，任何可能影響生物健康的因素都應可以在果蠅實驗中被輕易檢測到。「我不確定合成生物是否有能力在野外競爭生存。」Akbari說。

Gould也認為很難在製造繁殖障礙的同時不損害生物的演化適應性。科學家們或許能夠通過在野外釋放大規模的基因編輯生物，增加合成物種勝過野生物種的可能性。Gould正在研究其它對抗害蟲的基因方法，他希望可以有新技術出現。「我絕不會把所有雞蛋都放在一個籃子里。」他說。

你覺得除了文中提到的方法以外，還有什麼控制基因編輯物種在野外擴散的方法嗎？在評論中告訴我們吧！

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