基因驱动(gene drive)
通常,当一个生物体繁殖时,某个基因的每个版本只有一半的机会被传给任何一个后代——一份拷贝来自父母各一方。所以一个新性状,即便有益,在野外种群中也只能缓慢地、历经许多世代地传播,若它真能传播的话。基因驱动是一种打破这条规则的遗传把戏:它迫使一个选定的基因被几乎所有后代继承,而不是一半,于是该性状能在短短几代内席卷整个种群。
现代的CRISPR版本巧妙得惊人。你改造一个生物体,使它的一条染色体不仅携带你想要的性状,还携带一个CRISPR编辑器的指令——Cas9加上一段瞄准配对染色体相应位点的向导RNA。当这个生物体交配、某个后代继承了一份驱动拷贝和一份正常拷贝时,内置的CRISPR在目标位点切开正常的那条染色体;细胞通过照驱动染色体复制(同源定向修复)来修复切口,从而把正常拷贝转换成又一份驱动拷贝。于是几乎每个后代最终都携带这个驱动,而它们各自又对下一代如法炮制。基因就这样把自己驱动着传遍整个种群。
其威力真实,其危险亦然。原则上,基因驱动可以让携带疟疾的蚊子种群崩溃、消灭一个入侵物种,或在害虫中散布抗病性——这些都是巨大的潜在公共卫生与生态保育收益。但按其设计,它能自我传播且难以召回:一旦放归野外,它可能扩散到目标区域或物种之外,带来我们无法完全预测、也无法轻易撤销的生态后果。这引出严肃的安全、治理与伦理问题,研究者正在积极开发各种保障措施(例如经过设定的若干世代后就熄灭的驱动,或内置的逆转驱动)。基因驱动是这样一种工具:它的长处——不可阻挡的传播——恰恰正是它危险之所在。
把一种基因驱动改造进蚊子、以散布一个阻断疟疾的性状,理论上能在屈指可数的几代内把该性状推遍几乎整个野外种群,而不会被稀释掉。
它把遗传的概率从50%改写到接近100%。
基因驱动的标志性长处在于它能不可阻挡地自我传播——这恰恰正是它危险的原因。一旦释放,它不会理会试验田的边界,因此最棘手的问题是生态与治理上的,而非分子生物学上的。