“基因驱动”是指特定基因有偏向性地遗传给下一代的自然现象。基因驱动可以确保工程生物将所需的遗传变异传递给其后代。例如,这些变体可以确保生物体仅产生雄性后代或无菌雌性,可用于消灭昆虫和携带病原体的蚊子,控制疟疾、登革热和寨卡病毒。基因驱动也可用于控制入侵物种,例如可威胁本地动物生存的啮齿动物。基于CRISPR基因编辑系统的基因驱动具有比预期的局部群体更广泛传播的潜力,进而影响整个物种。这些影响还可能跨越国界,导致国际争端。
2019年4月3日的PNAS报道,美国麻省理工学院和哈佛大学的研究人员开发了一种带有内置控制的基因驱动系统。这种基因驱动系统由一系列排列在所谓雏菊(daisy)链中的遗传元素组成,雏菊驱动系统中的一个链接编码CRISPR基因编辑系统本身,而其他每个链接编码指导RNA序列。这些指导序列决定CRISPR系统切割位置并且复制下一个链接。每传递一代,驱动系统就会消耗一个指导序列,当指导序列耗尽,雏菊驱动系统就会停止。因此添加更多链接意味着雏菊驱动系统在种群中传播更多代。通过这种方式,将少量基因工程生物释放到野外,将雏菊驱动传播到当地种群中,在每一代生殖细胞内自行进行CRISPR基因编辑,传递一定代数后驱动系统将自行停止。
研究表明,每100只野生同类昆虫中,仅释放一只带有弱效3链接雏菊驱动系统的工程生物,就可以在大约两代内编辑整个种群,对快速繁殖的昆虫来说,大约需要一年。与之相比,现有的基因驱动系统必须释放至少与当地现有种群相同数量的生物体,有时甚至是现有种群的10倍或100倍。
与自我繁殖的传统基因驱动不同,雏菊驱动系统被预测能够编辑单个野生生物种群,而不会传播到所有相关的种群。同时,雏菊驱动系统通过确保雄性决定因素的优先遗传来抑制种群,因为它最终会耗尽雏菊链接而停止,它只会影响当地种群。将影响局限在本地可以使实地试验安全进行,并使每个区域能够就其各自的环境作出决定,避免国际争端。通过编辑当地野生生物种群,雏菊驱动器可以促进人类健康、拯救濒危物种、取代农用有毒化学品,并大大减少动物的痛苦。
吴晓燕 编译自https://phys.org/news/2019-04-genetic-localized_1.html
原文链接:http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1716358116
原文标题:Daisy-chain gene drives for the alteration of local populations