基因编辑技术可能太危险而难以应用？

阳光一点

　　阿克巴里正在设计的是一种称作基因驱动的技术，并试图把它看作加速人类进程的方式，科学家们将其看成能最终战胜像疟疾、登革热和寨卡病毒类似疾病的强有力武器。而美国国防部将其看作国家安全问题。

　　为了在早上进行工作，奥马尔·阿克巴里（Omar Akbari）至少要经过六扇密封门，其中包括一个不透气的前厅。加州大学的昆虫学者研究世界上最致命的生物：埃及伊蚊，它通过叮咬传播疾病，每年导致数百万人死亡。但这不是对安全造成威胁的原因。阿克巴里不只是研究蚊子，他还用自毁开关进行重组。这并不是偶然进入我们世界的。

　　阿克巴里正在设计的是一种称作基因驱动的技术，试把它看作加速人类进程的方式，这项技术使基因改造仅在几代间就渗透到整个人类中，科学家们将其看成能最终战胜像疟疾、登革热和寨卡病毒类似疾病的强有力武器。而美国国防部将其看作国家安全问题。

　　去年，前美国国家情报总监詹姆斯·克拉珀将基因编辑列入由“大规模杀伤性武器与核扩散”引起的威胁。7月，美国国防高级研究计划局在为期四年的合同中授予7组科学家6500万美元，目的是供他们研究基因编辑技术，这其中就包括阿克巴里。合同官方规定美国国防高级研究计划局为世界上最大的基因驱动研究政府资助者。其中大部分资金将用于设计更安全的系统，研发对抗极端基因驱动的工具，此类基因不是偶然就是恶意进入环境中。

　　这种危险可能比科学家们最早想到的还要真实。四年前，哈佛生物学家凯文·艾斯威特（Kevin Esvelt）首次提出用新发现的短回文重复序列基因编辑系统来建立基因驱动的想法时，他就思考物种灭绝这个问题。具体来说，将一种繁殖能力低下的基因注入外来动物身体，与它们竞争资源，从而防止濒危野生动物灭绝。保护生物学家接受并认可了这个想法；目前，他们正在考虑用基因驱动来拯救夏威夷、新西兰和法拉罗尼斯本土鸟类。但此时，艾斯威特提出放慢研究的想法。

　　这一想法缘于艾斯威特和他的同事们周四时候发表在生物预印本服务器（bioRxiv preprint server）上的数学模型结果。像短回文重复序列多久发生一次以及保护性变异发生的可能性，一考虑到这些事情，他们的工作就显示出基因驱动的攻击性，十分残忍。只有几个基因工程有机体可以绝对改变生态系统。艾斯威特并没有把这项技术视作威胁，而是认为我们应该注意它是如何应用的，这需要一种新胆识。

　　“基因驱动技术造成的主要风险是社会性的，”他说。“基因驱动缺乏职业道德的闭门研究、无端的恐慌或未经许可的发表都会破坏公众对科学和政府管理的信任。”他仍认为基因驱动有能力挽救濒危物种，对抗公众健康威胁。但研究人员首先要做的是发明基因驱动更安全的形式。这就是美国国防高级研究计划局资金用的地方。直到最近，基因驱动才很大程度上进入理论层面——相比以前更加安全。但随着新资金的涌入，像艾斯威特和阿克巴里这些科学家开始将这些片段连在一起，并在现实生活中进行检验。这最开始用小昆虫做实验，从它们受精时候将一个基因编辑注入其DNA中。周二，一篇论文发表在美国国家科学院院报上，这是阿克巴里第一次以埃及伊蚊为对象发表论文，创造了以细菌Cas9酶编码的蚊子。

　　Cas9是短回文重复序列基因编辑系统中实现对DNA剪切的其中一半物质。因此，阿克巴里团队只需将另一半——向导核糖核酸——注入到胚胎中，让Cas9自动执行专门的剪切过程。一旦他们删除了表皮色素基因，蚊子就会从黑色变成黄色。那翅发育基因呢？欢迎来到不会飞的吸血虫世界。祝你能爬着吸食人类血液。

　　这些改变只是为了展示一下。但随着我们学习如何最大程度地破坏蚊子物种，注入了Cas9的蚊子将会成为一项重要的工具。科学家认为他们只探讨了5%的埃及伊蚊基因组。这意味着无人知道大部分蚊子基因是如何运作的。现在，他们可以轻而易举地通过基因探查那些敲除基因。可能他们会发现一个使蚊子嘴巴存留疟疾的基因。或者一个禁止他们品尝人类血液的基因。我们的目标是尽可能不破坏动物以及它们赖以生存的生态系统，但仍要消除疾病。如果你要藐视上帝，那一定要手下留情。

　　除了要提出一种研究蚊子生理机能的新手段，这些菌株是高效基因驱动的重要组成部分。通常，这项技术需要在同一位置同时表达Cas9和向导核糖核酸。但这会令驱动系统富有侵略性，不可控制。控制它们的一种方法是保持各部分基因组的分离。这也是阿克巴里正在研究的：一种杀伤力小的断裂基因驱动。

　　他的团队已经开始用编码向导核糖核酸的蚊子繁殖Cas9菌株。“保持驱动传播的唯一方式是不断向蚊子种群中注入Cas9，”阿克巴里说。“Cas9继承了Mendelain方式，随着驱动依赖Cas9的存在，这会使其受制于实验室环境或野外的自我限制。”

　　另一种方式为“雏菊驱动”，这是艾斯威特在羊毛身上的线虫纲动物研究的东西。它通过在寄生虫身上安装一个自排基因燃料进行工作。把它们分裂成3个或更多部分，然后用雏菊链方式将它们连接起来，一旦你引入它，理想的改变很快就会分散，但一会就会失败。这一结果是暂时的，只能控制一种当地物种的基因编辑。总之就是这个想法。美国国防部高级研究计划局资助的其他团队正致力于建立一个保障，也就是像这样的系统应该失败还是更遭，还是像生物攻击一样被发布出来。

　　研究所与哈佛医学院的团队正在筛查编辑一组化学开关来阻碍像短回文重复序列/Cas9和核酸酶这些基因编辑。在加州大学伯克利分校，詹妮弗·当那（Jennifer Doudna）团队希望找到能阻止基因编辑活动的抗短回文重复序列蛋白，这能帮助设计抵抗性基因驱动。尽管军方参与关注了公众关心的武器化、短回文重复序列化的超级蚊子，但艾斯威特将国防部的支持看作安全推动基因驱动技术的唯一方式，至少目前是这样。

　　美国国防部高级研究计划局项目直接防止基因驱动生物体的释放，这需要参与者在严格的生物安全条件下工作——因此阿克巴里需要进出六扇密封门。可能有一天他会拥有分子工具，不用再考虑进出安全问题。但目前，它们仍然是基因驱动和外部世界间最安全的东西。