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人造演化: 科学家正在用基因编辑使老鼠与蚊虫绝种!

2017-4-24 环球解密

你所在的时间是2050年,地点是新西兰。科技的进步戏剧化地改变了人类栖息之岛上的生命,乍看之下,岛上的动物未受影响。

但有一件奇怪的事:所有入侵的啮齿动物都从这座岛上消失了,包括老鼠、负鼠、其他曾侵害当地罕见物种的掠食动物。好几世纪以来,大量入侵的外来物种损害了农业生产力,破坏了该地的原始之美,还使具代表性的物种(例如不会飞的奇异鸟)濒临绝种。

但情况再也不同了,2050年时,所有入侵的掠食动物都消失了。

这听起来可能很像科幻电影情节,但其实它是新西兰野生动物新计划的目标,为的是摆脱所有有害动物。单凭传统方法(下毒、设陷阱)是不可能达成目标的;这个浩大的计划发展出一项新的基因工程技术,使入侵的物种不孕,用它们自己的DNA来消灭它们。

现在科学家的国际研究小组,已开始在实验室的老鼠身上,测试前所未见的哺乳动物基因驱动技术。名为“基因编辑永动机“perpetual motion machine of gene editing”的基因驱动技术,优点在于将选定的基因资讯(例如无法繁殖的基因) 传播到所有入侵物种身上。

它是强大且有点惊人的工具,能媲美“天择”的过程。

如果新的基因驱动技术有效,而新西兰的计划更进一步推展了,那么这就是人类首度用此科技来消灭当地某种动物的例子。

人造演化

此项科技目前已在昆虫身上进行测试,目标是要消灭会传播疾病的蚊子。

基因驱动技术提供一个混淆“演化过程”的方法。多数动物有2组相同的基因:它们可能相同,也可能是不同的变体。假设一种变体基因是天择,另一种被人类编辑成不孕基因。当2种基因混合,就像有性生殖的过程,动物的后代会遗传到2种变体基因。

基因驱动技术会找出自然的变体基因,将它从DNA中移除,并迅速将它取代为“编辑成不孕的基因”。这代表所有的后代只会有突变基因,而当基因突变的动物与“正常”动物繁殖时,相同的过程再度发生,多亏了基因驱动技术,它们的下一代将再度拥有突变基因。

结果会如何?当突变基因的量足够了,在大约十个世代中,它会从一只动物,扩展到百分之百的总体。

Andrew Hammond博士是伦敦帝国学院的基因工程师,他在蚊子身上测试基因驱动技术,他:“在很短的时间内,你真的能将野生族群变成改良族群。”

雌性木马病毒

基因驱动技术原本有一些问题,像是基因编辑的效率低。但多亏了新工具CRISPR,现在能很容易地在任何地方、用任何方式,精确设计出基因突变,进而为科学家开启一条大道,能使基因驱动技术适用于哺乳动物身上。

用这项技术来消灭有害动物,有2步骤。第一步,科学家得找到一个能增强不孕特点的基因。下一步,他们得确保此基因会在基因驱动中传递下去,这是一件较难办的事,因为不孕的动物不易于繁殖。

有个变通的方法就是雌性木马病毒法,Daniel Tompkins博士率先在新西兰土地养护研究组织实行此法。这项科技实行的重点在于粒线体,它是细胞中的小发电所,提供能量让精子正常游动。

粒线体DNA中的突变会大大减少精子的活动力和雄性繁殖力。更聪明的是:因为粒线体只从妈妈身上传下来,它们能在天择的演化过程中存活。换句话,基因突变的妈妈将会生下不孕的儿子,但她们的女儿(也有基恩突变)将能再次繁殖,生育更多不孕的雄性后代。

经历足够的时间和世代,性别比例会偏向雌性,繁殖率大降。所有流浪的有害动物会吃下老鼠药而遭扑杀,这些老鼠药可能是用配有生物传感器的机器传送的。

无雌性后代的老鼠

德克萨斯州A&M大学David Threadgill博士带领的另一组团队,正在试验一个有点不同的方法。

他的团队用的是一组天生利己的基因,它叫做t-complex。带有t-complex的精子较“健康”,因此比起其他不含t-complex的精子,较容易让更多卵子受精。

Threadgill对Singularity Hub网站说明,这代表t-complex天生能遗传到下一个世代,成功机率是95%。

Threadgill善用这个天然机制,他的团队将一个复制的Sry基因连结至t-complex基因。你可在Y染色体中找到Sry基因,Sry是产生“雄性特征”的主要基因,遗传到Sry基因的动物会发展出雄性性器官。

如果一切照计划进行,在精子使卵子受精时,额外的Sry基因将会缠上t-complex基因。结果就是9/10的后代都会有额外的Sry基因,因此变成雄性。

Threadgill说:“无雌性后代的方法是以昆虫的实验为基础,但这个方法还未用在老鼠身上。”现在这个方法仍在验证概念的阶段,但该团队计划要在大范围中测试此基因驱动的效果,以此改变性别比例。

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