每年，超過 60 萬人死於蚊子傳播的瘧疾，其中大多數是五歲以下的兒童。一些疾病媒介昆蟲，如蚊子，目前正在世界各地擴大其活動範圍，帶來新的威脅。基因工程可以透過一種稱為基因驅動的技術永久性地改變昆蟲基因來解決這個問題。
這項技術允許選定的一組基因以某種方式改變動物的生物學特性，例如使其產生不育的後代。這種喪失繁殖能力的情況隨後會席捲整個種群，顛覆遺傳規律。這些基因從一代傳到下一代呈指數級自我複製，迅速佔據整個種群的主導地位。從理論上講，透過謹慎使用，有可能使蚊子無法傳播瘧疾或完全消滅蚊蟲，從而拯救數百萬人的生命。徹底解決重大傳染病的可能性為這種技術修復提供了令人信服的理由。
儘管如此，你不需要成為盧德分子或科技驚悚小說作家也能想象到這一切可能會變得多麼糟糕。生態學是複雜的，脆弱的生態系統平衡可能會被深刻地破壞。設計不良的基因驅動甚至可能跳躍到密切相關的動物身上，例如，不攜帶疾病的動物，從而造成災難性的連鎖反應。
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倫敦帝國學院的奧斯汀·伯特在 2003 年構想出了基因驅動技術。他設想了一個系統，其中一個基因產生一種 DNA 切割酶（核酸內切酶），該酶精確地靶向編碼該基因的染色體位置。這種系統在真菌中自然存在，但在動物中不存在。
當攜帶兩個這種基因副本的個體與另一個不攜帶該基因副本的個體交配時，所有後代最初都只有一個基因副本，該副本來自基因驅動親本遺傳的染色體。但在受精後不久，核酸酶會從不攜帶該基因的親本染色體上，在基因驅動的精確位置切割 DNA 序列。然後，細胞使用完整的染色體來重建另一條染色體 DNA 序列中的缺口。
原本只有一個基因副本的位置，現在每個後代都有兩個副本。同樣的事情將在下一代和再下一代發生；該基因在種群中的頻率將呈指數級增長。
伯特隨後意識到，透過將這些核酸內切酶基因之一與誘導不育或使蚊子對瘧疾寄生蟲免疫的基因結合起來，理論上就有可能將該性狀驅動到種群中，完全殺死蚊子或使其不再成為瘧疾媒介。成功將對人類健康產生巨大影響。但挑戰在於如何將核酸內切酶基因及其相關的遺傳有效載荷引入基因組中的某個位置，使其能夠安全地發揮作用，而不會無意中影響動物生理學的其他方面。
隨著 2013 年基於 CRISPR 的基因編輯技術的出現，這個夢想成為了現實。2015 年，加州大學聖地亞哥分校的研究人員在無害的醋蠅果蠅中建立了一個基於實驗室的基因驅動，該基因驅動只是使所有果蠅的眼睛變成黃色。他們說他們已經構建了“一種誘變鏈式反應”。換句話說，他們製造了可能被認為是“基因原子彈”的東西。如果其中一種東西被釋放到野外，將無法阻止它。
世界各地的研究人員很快就在蚊子中開發出了基因驅動技術。在實驗室中，由於基因驅動，大量蚊子在不到一年的時間內消失了。至少在昆蟲中，釋放這種基因炸彈不存在技術障礙。在哺乳動物中建立基因驅動仍然存在巨大問題（目前尚不存在），因為它們的細胞在細胞生命週期的不同階段對 DNA 斷裂的反應方式不同。一種自然產生的遺傳元件，表現出基因驅動的某些行為，最近已在小鼠身上得到利用，但尚未被證實可以改變整個種群的 DNA。由於這些技術難題，可能無法使用這項技術來消滅入侵的齧齒動物等。
為了應對基因驅動可能造成的生態威脅，美國國家科學、工程和醫學院設立了一個委員會來研究這個問題，該委員會得到了基因驅動研究的主要資助機構——國防高階研究計劃局 (DARPA) 的支援。該機構是國防部的一部分，對這項技術作為安全威脅的潛力非常感興趣。在審查了可能的優勢以及基因驅動在野外傳播可能造成的巨大不確定性之後，委員會 2016 年報告的結論明確指出：“目前沒有足夠的證據支援將基因驅動改造生物釋放到環境中。”
這一宣告並未消除所有擔憂。基因驅動技術的先驅者、麻省理工學院的凱文·埃斯維爾特預測，到 2030 年，將會發生實驗室洩漏或其他涉及基因驅動技術的事件。“不會是生物恐怖主義，而是生物錯誤，”他在 2016 年表示。他認為，從構思使用這項技術之初，就必須建立監管保障措施和公眾參與機制。
生物倫理學家和監管機構目前面臨的直接問題是，基因驅動技術是否應該從實驗室釋放出來。與基因驅動技術相關的主要國際框架是《聯合國生物多樣性公約》。在所有聯合國成員國中，只有美國尚未簽署該公約，而且也不太可能簽署。包括弗朗西斯·福山在內的斯坦福大學研究人員呼籲建立一個類似於國際民用航空組織 (ICAO) 等標準制定機構的基因驅動監管機構。但國際民航組織成立於 1947 年，當時各國對國際監管有興趣。監管基因驅動技術將需要在世界範圍內，尤其是在美國，發生深刻的政治變革。
基因驅動技術的反對者擔心潛在的生態破壞，並對 DARPA 和其他資助者持懷疑態度，他們呼籲暫停研究。儘管如此，研究仍在繼續，但人們普遍認為，在考慮任何釋放之前，需要進行環境風險評估，並讓受影響的社群積極參與。由於對其環境的潛在影響，人們需要給予所謂的自由、事先和知情同意。
正在積極努力測試如果允許基因驅動技術進入野外可能會發生什麼。2021 年，倫敦帝國學院的研究人員在 Target Malaria（一個由比爾及梅琳達·蓋茨基金會資助的非營利研究聯盟）的資助下，確定了基因驅動技術的八個主要生態影響，這些影響可能透過 46 條途徑表現出來。他們探討的潛在問題包括基因驅動可能擴散到有價值的非目標物種，導致其密度下降或其貢獻的生態系統服務的健康狀況下降的可能性。還存在基因驅動可能對目標物種產生意想不到的基因改變的風險，例如使其能夠耐受更廣泛的環境條件，從而導致傳播疾病的昆蟲擴散，而不是被消滅。在就部署轉基因昆蟲做出任何決定之前，即使有當地社群的支援，也需要對每一種可能性進行實地測試。
事實證明，獲得社群同意非常困難。在布吉納法索政府的批准下，Target Malaria 於 2019 年 7 月釋放了非基因驅動的蚊子，這些蚊子經過消毒並撒上了熒光粉，以觀察它們的傳播範圍，從而瞭解基因驅動蚊子在當地以外傳播的潛在風險。當地語言沒有“基因”這個詞，因此研究人員不得不創造術語。他們還使用了戲劇來解釋該專案，確保文盲不會成為理解和決策的障礙。
然而，知識上的差距讓一些村民感到無能為力。“他們告訴我們他們將要根除瘧疾，但因為我們不是科學家，所以我們相信他們，但我們仍然對未來的風險有疑問，”一位農民在 2019 年告訴《世界報》。正如另一篇《世界報》 2018 年的文章中一位婦女所說：“無論如何，我們都不會有任何發言權，這裡的一切決定都是男人做的。”
雖然賦予當地社群否決權至關重要，但基因驅動技術挑戰了我們對“當地”概念的理解，因為昆蟲不尊重邊界。正如凱文·埃斯維爾特所說，“在一個地方釋放，很可能就是在所有地方釋放。”
一個瘧疾流行的村莊的人們可能希望擺脫蚊子，並準備不惜一切代價拯救孩子的生命。但尚不清楚他們是否應該有權為該地區、國家、大陸甚至地球的其他人做出決定。這就是為什麼一些具有監管權力的國際監督機構（如國際民航組織）至關重要。
也許沒有什麼可擔心的；目前被針對的昆蟲都不是任何其他動物的唯一食物來源。但是瘧蚊甘比亞按蚊是數十種不同物種的食物。如果即使其中一些物種只是稍微感到飢餓，也可能會出現意想不到的生態問題，因為捕食者會透過更多地關注其他獵物物種來緩解飢餓感，從而破壞脆弱的生態平衡。
對於任何急於接受基因驅動技術的做法，可能也需要謹慎，因為可能存在更簡單、不那麼激進的解決方案。世衛組織於 2021 年底批准了一種瘧疾疫苗，在試點研究中，超過一百萬非洲兒童已經接種了一劑或多劑疫苗。
基因驅動技術研究人員的目標是精確的、在時間和空間上是區域性的，並且是值得稱讚的人道主義的。沒有人計劃像漫威《復仇者聯盟》電影中的滅霸那樣施加大規模的生物殺滅劑。我們需要確保在部署基因驅動技術之前對其進行最嚴格的審查和國際監管，否則，這種療法可能會比疾病本身更糟糕。
這是一篇觀點和分析文章，作者或作者表達的觀點不一定代表《大眾科學》的觀點。