在義大利中部小城特爾尼，研究人員正在對世界上最先進的蚊籠進行最後的潤色。這些籠子，每個佔據 150 立方米，模擬了非洲甘比亞按蚊滋生的潮溼棲息地。透過在更自然的條件下研究這些昆蟲，科學家們希望更好地瞭解如何利用一種新興的基因工程技術——基因驅動來根除它們和瘧疾。
該技術可以透過生物體的後代在野生種群中快速傳播基因修飾，這促使一些活動家呼籲將其擱置。然而，基因驅動可能不像活動家們認為的那樣有效。最近的研究發現，利用它們來消除疾病和消滅入侵害蟲的主要障礙是：進化。
包括蚊子在內的經過基因驅動改變的生物在概念驗證實驗室實驗中顯示出前景。但是，野生種群幾乎肯定會對這些修飾產生抗性。研究人員已經開始識別這種情況是如何發生的，以便他們能夠解決這個問題。
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基因驅動阻礙了有性繁殖生物的遺傳規則。通常，後代有 50:50 的機會從父母那裡繼承一個基因。基因驅動改變了這些機率，優先將一個版本傳遞給生物體的後代，直到理論上，整個種群都帶有該基因。
這種“自私”的遺傳因素自然存在於小鼠、甲蟲和許多其他生物中，研究人員已經成功地利用它們來對抗害蟲。但是，隨著 CRISPR-Cas9 基因編輯技術的出現，人們對基因驅動的興趣激增，該技術可以用於將一個染色體上的突變複製到另一個染色體上。
2015 年末，研究人員報告說，一種 CRISPR 基因驅動導致雌性蚊子中的不育突變傳遞給它們的所有後代。實驗室實驗表明，該突變的頻率如預期般在幾代中增加，但對基因驅動的抗性也隨之出現，阻止了一些蚊子繼承經過修飾的基因組。
紐約州伊薩卡市康奈爾大學的種群遺傳學家菲利普·梅瑟說，這不足為奇。正如抗生素使耐藥細菌的興起一樣，抑制種群的基因驅動也為耐藥生物的繁榮創造了理想條件。
這種抗性的一種來源是 CRISPR 系統本身，它使用一種酶來切割特定的 DNA 序列並插入研究人員想要的任何遺傳密碼。然而，有時細胞會在新增或刪除隨機 DNA 字母后將切口縫合在一起。這可能會導致 CRISPR 基因驅動系統不再識別的序列，從而阻止修改程式碼的傳播。
在義大利建造蚊籠的研究人員，是名為“靶向瘧疾”的數百萬美元專案的一部分，他們在一些蚊子中發現了這種形式的抗性。梅瑟的團隊在 12 月報告說，這些突變體可能會蓬勃發展。
自然遺傳變異是另一種產生抗性的途徑。基於 CRISPR 的基因驅動透過識別短的遺傳序列來工作，而這些位點存在差異的個體將對驅動免疫。最近的一項研究分析了來自非洲各地的 765 只野生甘比亞按蚊的基因組。研究小組發現遺傳多樣性極高，這將限制潛在基因驅動目標的列表，研究人員說。
印第安納大學布盧明頓分校的進化遺傳學家邁克爾·韋德說：“就根除種群而言，這些東西不會走得太遠。”他和他的同事發現，基因驅動可能會導致設法避免繼承修改後遺傳密碼的群體發生遺傳隔離——即種群之間不進行交配。而且，降低種群與其他種群混合傾向的基因變異——例如限制昆蟲飛行能力的變異——會突然變得有利並可能傳播。
對基因驅動的抗性是不可避免的，因此研究人員希望他們能夠足夠長時間地減緩其影響，從而將所需的突變傳播到整個種群中。有人提出了建立針對多個基因或同一基因內多個位點的基因驅動的想法，從而降低抗性發展的速度。透過調查物種的自然遺傳多樣性，研究人員可以針對所有個體共有的基因。
倫敦帝國理工學院的分子寄生蟲學家安德里亞·克里桑蒂說，“靶向瘧疾”團隊已經開發了第二代基因驅動蚊子，希望減緩抗性的發展。研究人員計劃在今年晚些時候在他們新的義大利設施中對它們進行測試，以瞭解蚊子在野外可能會如何生存。但同樣在帝國理工學院的分子生物學家託尼·諾蘭預計進化會帶來一些驚喜。他說，他對基因驅動最大的擔憂是它們根本不起作用。
本文經許可轉載，並於 2017 年 1 月 31 日首次發表。