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科学家开发具有内置遗传屏障的新基因驱动

从根除疾病到强化食品供应,基于 CRISPR 的技术为人类健康和安全提供了巨大的潜力。例如,正在开发基于 CRISPR 的基因驱动器,旨在通过目标人群传播特定特征,以阻止疟疾和登革热等毁灭性疾病的传播。

但许多科学家和伦理学家对基因驱动的不受控制的传播表示担忧。一旦部署到野外,科学家们如何防止基因驱动像野火一样在人群中不受控制地传播?

现在,加州大学圣地亚哥分校的科学家和他们的同事开发了一种带有内置遗传屏障的基因驱动器,旨在控制驱动器。在分子遗传学家 Omar Akbari 的实验室的带领下,研究人员设计了合成果蝇物种,这些物种在释放足够数量后,充当基因驱动器,可以在本地传播并在需要时逆转。

科学家们将他们的 SPECIES(利用基于 CRISPR 的工程物种不相容性的合成后合子屏障)开发描述为一种概念验证创新,可以移植到其他物种,例如昆虫疾病载体。传播限制以宝贵粮食作物为食的害虫的基因驱动是潜在 SPECIES 应用的另一个例子。

“基因驱动可能会扩散到预期的边界之外并且难以控制。物种提供了一种以非常安全和可逆的方式控制种群的方法,”加州大学圣地亚哥分校生物科学部副教授兼该论文的高级作者 Akbari 说,发表在《自然通讯》杂志上。

SPECIES 创建背后的想法反映了自然界中新物种的形成。随着单个物种的成员随着时间的推移而分离,例如,由于新的陆地形成、地震分离或其他地质事件,新物种最终可以从物理断开中进化。

如果新物种最终返回与原始物种交配,由于通过称为生殖隔离的自然现象分离后的生物学变化,它们可能会产生无法生存的后代。

在果蝇物种果蝇中,加州大学圣地亚哥分校的研究人员和他们在加州理工学院、加州大学伯克利分校和创新基因组学研究所的同事使用 CRISPR 基因编辑技术开发了编码与野生版 D 基因不相容的 SPECIES 系统的果蝇. 黑腹。

尽管物种形成在自然界中不断发生,但创造一个新的人工物种实际上是一个相当大的生物工程挑战。SPECIES 方法的美妙之处在于它简化了过程,为我们提供了一套明确的工具,我们需要在任何生物体中优雅地实现物种形成。”

从概念上讲,当 SPECIES 以足够数量部署在野外时,它们可以可控地穿越种群并在传播时取代所有野生物种。以疟疾为例,SPECIES 蚊子可以发育成具有遗传元素,使它们无法传播疟疾。

“你可以以一种限制和可控的方式将抗疟疾物种传播到目标人群中,”Akbari 说。“由于 SPECIES 与野生型蚊子不相容,因此可以通过将其阈值种群限制在 50% 以下来控制和逆转它们的种群。如果需要,这使您能够限制和逆转其传播。”

随着 SPECIES 屏障完成其临时替代野生型种群的作用,它们的数量可以随着野生型种群的重新引入而减少。

“这基本上使我们能够利用基因驱动的所有力量——比如疾病消除或作物保护——而不会有无法控制的传播的高风险,”Akbari 说。

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