基因驱动使人类成为其他物种的设计师

· 写这篇文章的灵感来自于Controversial ‘Gene Drives’ Just Worked in Mammals for the First Time。从这篇文章里提到的Gene drive为切口，看一下目前基因工程发展到了何种程度。

什么是基因驱动

基因驱动是一种强有力的基因编辑技术的称谓，让特定基因有偏向性地遗传给下一代。打个比方，从你还是个胚胎的时候对你使用基因驱动，具有美貌基因，此后不仅你一生是个大美女或大帅哥，你的后代也一样如此，并且不管和什么样貌的人配对，一生一个准，真的实现“龙生龙，凤生凤”。

用技术宅的话说，该技术不仅造成生物个体基因突变，而且可以形成“超动力基因”，这种基因拥有遗传优势，一般的孟德尔遗传规律下，有性繁殖生物体的基因遗传率为50%，“超动力基因”的遗传率可高达95-100%（目前限于昆虫中）。如此高的遗传率几乎可以保证突变基因在突变个体的后代无限传递下去（且无论配偶是否有该基因），研究人员将这一技术比做“无法停止的核链式反应”，因为基因经修改后遗传至后代，而不管是否会对后代有害。例如有研究人员在蚊子中研究出“只生育雄性”的超动力基因，使蚊子的所有后代都只有雄性，可想而知，经过若干代的遗传，没有雌性的情况下蚊子必然会灭绝。

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基因驱动较为容易被接受的应用是在修正蚊子对疟原虫的携带基因上。这段基因被修改后，蚊子将不能再携带疟原虫，通过几代繁殖，后代有95%以上的比例可以实现不再携带疟原虫，科学家希望通过这种方式彻底消灭疟疾。但同时，科学界也同意基因驱动对于物种有核能般的影响力，一旦投入实施，无法预测对于生态圈会有怎样的影响，大多持谨慎态度。

目前基因驱动技术在实验室的成功案例都集中在昆虫样本上，哺乳动物还没有明确进展。而一月底发表在Nature杂志上的论文Super-Mendelian inheritance mediated by CRISPR–Cas9 in the female mouse germline（通过CRISPR Cas9辅助的超孟德尔遗传编辑在母鼠中的遗传突变），报道了成功在母鼠身上实现基因编辑案例，后代遗传率达到了85%，稍高于自然遗传的遗传率50%，但是远不及昆虫样本中95-100%的遗传率。

基因驱动技术如何实现的（如何区别于基因编辑）

常规的基因编辑，只是改变DNA双螺旋的其中一条。基因改变后，个体会表现出新基因的特征，但是这个新基因只有50%的几率遗传到后代中。
那么基因驱动是采用什么方法，使特定的基因获得遗传优势？搜了很多的文章，发现下面这篇知乎专栏有最为详尽的解释：基因驱动：潘多拉的魔盒。
原来，基因驱动的思想不是凭空而来，在自然界中本身已经有某些基因拥有遗传的偏好性，它们遗传给后代的几率远高于50%。经研究发现，关键在于这些基因“产生出了一种归巢核酸内切酶（homing endonucleases），在减数分裂中把他们的等位基因切了下来，姗姗来迟的修复酶只得以他们为模板，将切除的部分重新连接起来，现在所有的后代，都携带上了这个基因的一个拷贝”。
基因驱动技术按照这个思想指导进行，默默无闻的进行了很多年年，随着2012年前后CRISPR+Cas9工具链的完备，简化、降低了基因修改的成本，大大推进了基因驱动的实验发展。
研究者们就在导入的外源基因前添加了cas9-gRNA的DNA序列，给予他们编辑等位基因的能力。其中，gRNA是guiding RNA的简称，负责找到target gene，Cas9负责切割染色体上的等位基因。切割后，细胞察觉到染色体受损，会启动修复过程，在修复过程中以进行过基因编辑的染色体单链为模板，因此，两条染色体单链就都带上了人造基因。

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在编辑过程中除了外源基因本身，cas9-gRNA序列也会被复制到切割产生的空位上，使得产生的两个等位基因都具有切割能力，并且一代代遗传下去，让这个外源基因逐渐占据整个种群。
需要说明的是CRISPR是存在于细菌体内的基因组，该基因组含有曾攻击过该细菌的的病毒基因片段，算是一个“记录仇恨历史的小本本”。当细菌检测到相同的病毒DNA段时，就会对病毒发起攻击，将DNA剪碎。科学家根据这个特性去设计靶向基因修剪工具CRISPR+Cas9，把旧基因段敲除，代之以新的人造基因，人类因此可以变成“物种设计师（spiece designer）”。

为什么在哺乳动物的基因上难以实现？

目前基因驱动在哺乳动物身上比较难实现，有几个原因：

1. 引入复制基因时，基于CRISPR的基因驱动利用这种基因编辑工具将一条染色体上的突变复制到与这条染色体配对的第二条染色体上，这通常是在动物的早期发育期间开展的。当Cooper团队在小鼠胚胎中尝试这种方法时，这种突变并不总是被正确地复制，并且这种方法仅适用于雌性小鼠的胚胎。
2. 哺乳动物的生殖过程比昆虫更复杂，因此基因驱动面临更大的壁垒；
3. 哺乳动物的生育周期更长。

未来

基因驱动是比基因编辑更近一步、更加强势的生物工程技术，若真用于实际世界，会产生不可预期的影响。假设蚊子灭绝，那么以蚊子为食的其他生物如何自处？不过据说德国每年春夏都会在莱茵河撒灭蚊药，导致城市里几乎没有蚊子了，也没觉得生态圈有多么大的破坏。这种担心是有理由的，但也有可能是杞人忧天的。
另外，CRISPER技术能够实现对基因的精确编辑，加上人类基因组工程，可以想见对于人类胚胎的基因编辑也不再是梦，甚至，目前很可能只是国家/国际组织出于伦理和道德的约束，而不肯将技术放出魔盒。技术的进步有时会带来道德困境，但是纵观历史，改变的都是道德，而不是技术。比如避孕套和避孕药的发现，带来的是女性解放。希望有生之年能够见到基因被优化的婴儿出生和长大，乃至希望有一天见到人与AI合而为一。

参考链接

· 灵感来源：Controversial ‘Gene Drives’ Just Worked in Mammals for the First Time
· 详细描述了Cooper的实验：基因驱动：终于对哺乳动物动手了
· 浅显易懂说明基因驱动由来：基因驱动：潘多拉的魔盒
· gene drive油管视频讲解：What's a Gene Drive? And what are the risks and benefits?