如果一艘油輪船體破裂，將石油傾倒入海中，訓練有素的團隊會帶著專業裝置出現，開始阻止洩漏和清理溢位的過程。如今，對於將遺傳物質“洩漏”到環境中，還沒有相應的團隊或工具來解決，但這種情況可能很快就會改變。
在未來四年，五角大樓國防高階研究計劃局（DARPA）的一個新專案計劃培養，除其他外，一種針對被認為對生態系統有害或不受歡迎的工程基因的清理團隊。這項名為“安全基因”的倡議，正值所謂的“基因驅動”系統興起之際。基因驅動系統會取代基因遺傳和自然選擇的標準規則，一些科學家希望該技術能夠在短短20代內改變或抑制攜帶疾病的昆蟲或其他害蟲的種群。
比爾和梅琳達·蓋茨基金會看到了基因驅動技術的巨大潛力，計劃將其在“靶向瘧疾”倡議上的支出增加一倍，達到7000萬美元。該倡議旨在為兩種瘧疾蚊子開發基因驅動系統。然而，如果不採取謹慎的預防措施，釋放到野外的基因驅動可能會以意想不到的方式傳播或改變。麻省理工學院媒體實驗室的“塑造進化”實驗室負責人凱文·埃斯維爾特預測，最終，可能在15年左右，一次意外將導致一種可能在全球範圍內傳播的驅動逃脫實驗室控制。“這不會是生物恐怖，”他說，“這將是‘生物錯誤’。”
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DARPA本身一直是近年來美國合成生物學研究的最大公共資助者之一，其在合成生物學專案上的支出從2010年的零增加到2014年的超過1億美元，根據一項分析。該機構於2016年9月宣佈了其“安全基因”計劃，並計劃在2017年上半年向多個研究團隊提供資金。“如果我們真的對基因組工程充滿信心，”DARPA專案經理蕾妮·韋格爾津說，“我們需要以同樣的積極態度來開發逆轉這些變化的工具。”
通常，具有給定性狀的親本生物會將該遺傳密碼傳遞給後代大約一半的時間。最近，結合基因編輯工具CRISPR-Cas9（即，成簇的、規律間隔的、短迴文重複序列，以及一種名為Cas9的引導酶）的進展，使得科學家更容易修改基因組，從而使幾乎所有後代都繼承所需的性狀。
韋格爾津的團隊目前正在評估來自DARPA外部的研究人員的提案，以開發“截然不同”的方法來移除、替換或抑制不需要的基因變化及其影響，無論罪魁禍首是基因驅動機制還是其他型別的編輯工具。“如果我們做對了，併為這些意外情況做好準備，”韋格爾津說，“我們將有80%的把握來應對惡意情況。”
尋找從各種物種和棲息地消除工程基因的方法只是DARPA新計劃的三個重點領域之一。第二個領域挑戰從“安全基因”獲得資金的團隊設計控制和逆轉CRISPR-Cas9等基因編輯工具的系統。例如，這可能意味著設計一個僅在一種組織型別中起作用的編輯系統。或者，正如埃斯維爾特的實驗室在2016年6月提出的那樣，驅動元件可以分散在整個基因組中，從而使驅動機制隨著世代的傳遞而從基因庫中消失。最後，研究人員將負責開發小分子、抗體或其他手段來武裝生物體，使其在分子水平上抵禦基因組編輯器，以及開發新方法將這些最有希望的抑制劑遞送到細胞或動物宿主——或許是透過口服，或者透過專門設計的病毒。
要獲得“安全基因”的資金，專注於基因驅動技術的團隊必須研究控制機制，以及該計劃的至少一個其他重點領域——補救或抑制劑。根據DARPA詳細的提案指南，“安全基因”期望該計劃支援的所有專案都從數學建模和封閉系統中的測試開始，只有在在風險較低的環境中發現並修復問題後，才會增加複雜性和規模。“我不認為讓一輛沒有剎車或安全帶的汽車駛出車庫，”韋格爾津說。“你真的需要了解它的每個組成部分如何工作，以及如果出現任何問題，如何修復該系統。”
除了DARPA之外，環保主義者、生物安全專家和主要的基因驅動研究人員表示，該技術要安全發展，需要一種新的緩解和控制方法。根據美國國家科學、工程和醫學院組建的15位專家小組的最新報告，傳統的遏制工具最終將無法滿足硬性連線以傳播遺傳資訊的系統。
“逆轉驅動”的想法，即用原始序列覆蓋突變基因，
經常被認為是解決失控基因驅動的有希望的解決方案。但美國國家科學院的報告警告說，該技術是不完整的保障措施，可能會產生自身意想不到的影響，並且無法消除原始驅動的生態影響。“逆轉驅動，”埃斯維爾特說，“將始終在不受歡迎的驅動在野生種群中傳播時起到追趕作用。”
另一種選擇是建立所謂的免疫逆轉驅動，這是一種以攻為守的舉措，它將覆蓋基因驅動，並使野生種群免受其侵害。埃斯維爾特說，這“可以解決問題，但當然也會在整個野生種群中傳播本身。”原始性狀可能會恢復，但在遺傳水平上，種群仍然會帶有來自修復驅動的成分。
抑制一個物種可能會引發競爭對手的激增，後者同樣有能力傳播登革熱或瘧疾等疾病。破壞一個種群也可能在生態系統的其他角落產生連鎖反應，例如，從以蚊子幼蟲為食的水生捕食者那裡奪走食物來源。北卡羅來納州立大學的科學、政策和社會學教授傑森·德爾伯恩說：“你不可能回到過去。”他是美國國家科學院報告的撰寫者之一，也是一個正在為“安全基因”資金準備提案的團隊的成員。“我們不應該因[我們可以釋放一種新性狀並使一切恢復原樣]的想法而感到膽怯。”
倫敦帝國學院領導“靶向瘧疾”研究的進化遺傳學家奧斯汀·伯特表示贊同，他與“安全基因”無關。他說，補救的前景“不應該讓我們持輕率的態度。”相反，目標應該是逐步工作以預測和防止問題。“我們有生物防治的先例，”他說，“如果你有一種正在破壞你作物的入侵性害蟲，你可以釋放一種寄生蜂，”它會殺死它的宿主。“他們會進行非常仔細的評估。他們沒有在他們背後留著什麼東西”來刪除錯誤。
儘管如此，“靶向瘧疾”的研究人員已經在考慮如何阻止基因驅動的傳播。在對美國國家科學院報告中的建議的回應中，該組織提出了兩種利用自然選擇來使正在減少種群的基因驅動失效的可能策略。第一條途徑，最早由伯特在2003年提出，是釋放一個具有抗性的序列——對在基因驅動中發現DNA切割的引導酶來說實際上是無法識別的。“如果這是功能性的，那麼它就會在種群中傳播，並且種群將會反彈，”伯特解釋說。另一種方法，今年早些時候在《自然生物技術》雜誌上提出，涉及一種抑制結構，它基本上會程式設計一個輔助引導酶來靶向原始驅動的引導成分。
目前，韋格爾津希望為可以跟上基因組編輯進展的新想法保持“大門敞開”。“目前該領域有很多猜測，你可以無限期地繼續猜測，”她說。“但是你需要開始收集資料，才能真正瞭解這些系統將如何工作。”