當(dāng)進(jìn)化與生物技術(shù)相碰撞時(shí)，我們?cè)摵稳ズ螐模?/h1>

來(lái)源：作者：人氣：-發(fā)表時(shí)間：2017-07-25 09:10:00【大 中 小】

自從2012年以來(lái)，CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)便已引發(fā)基因工程變革。這種技術(shù)依賴(lài)于一種來(lái)自細(xì)菌細(xì)胞的酶，即Cas9。它的作用機(jī)制是在一個(gè)事先確定的位點(diǎn)切割生物的遺傳儲(chǔ)存系統(tǒng)（即DNA）。它在DNA上產(chǎn)生一個(gè)缺口。隨后，人們就能夠在那里插入一段新的序列，比如來(lái)自另一個(gè)生物的基因。

如此一種簡(jiǎn)單而又廉價(jià)的技術(shù)使得創(chuàng)造轉(zhuǎn)基因生物（genetically modified organisms, GMO）更加容易。更令人關(guān)注的是，將編碼酶Cas9的基因插入到細(xì)胞基因組中使得它能夠自己執(zhí)行這種切割-插入過(guò)程。這種被稱(chēng)作“基因驅(qū)動(dòng)（gene drive）”的技術(shù)能夠在幾代內(nèi)在整個(gè)群體中擴(kuò)散新的基因。一旦這些被引入的基因在這個(gè)群體中站穩(wěn)腳跟，人們就可能稱(chēng)呼它們?yōu)镚MO。最有前景的應(yīng)用之一將是通過(guò)擴(kuò)散導(dǎo)致不孕的突變來(lái)根除蚊子，但是正如2017年發(fā)表在Nature期刊上的一篇論文^[1]中解釋的那樣，這種應(yīng)用能夠被進(jìn)化本身挫敗。

利用CRISPR-Cas9對(duì)埃及伊蚊進(jìn)行基因組編輯
圖片來(lái)自cell.com

與細(xì)菌之間的軍備競(jìng)賽

這不是首次表明進(jìn)化本身讓生命很難接受基因工程和生物技術(shù)。人類(lèi)健康的最為重要的革命之一是抗生素的工業(yè)化生產(chǎn)。在第二次世界大戰(zhàn)之后，西方國(guó)家不僅利用它們抵抗人類(lèi)疾病，而且也利用它們促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和育種工業(yè)化。生物發(fā)展的一個(gè)基本規(guī)則是物種能夠僅攝入有限數(shù)量的食物，而且必須面臨著三種主要的生物學(xué)功能---生長(zhǎng)、繁殖和存活---之間的平衡。這種情形也適合于栽培物種，但是這種現(xiàn)存的平衡可能并不適合于工業(yè)化生產(chǎn)。分配更多的資源給一種功能不可避免地導(dǎo)致其他兩種功能的性能下降。

農(nóng)民很早之前就注意到閹割出生牛犢會(huì)讓它們變成更快地生長(zhǎng)和變胖的閹牛。同樣地，抗生素的使用會(huì)降低免疫系統(tǒng)刺激，并且能夠讓育種者選擇快速生長(zhǎng)^[2]的但抵抗力較差^[3]的動(dòng)物。通過(guò)與依賴(lài)于高密度的基因相似個(gè)體的工業(yè)化育種相結(jié)合，抗生素的大規(guī)模使用確保保護(hù)它們免受疾病。在法國(guó)，生產(chǎn)的40%的抗生素被動(dòng)物消費(fèi)^[4]。通過(guò)與人類(lèi)消費(fèi)相結(jié)合，細(xì)菌遭受著巨大的在抗生素下存活下來(lái)的選擇性壓力。因此，很多菌株產(chǎn)生抗生素耐藥性。因此，多藥耐藥的傳染性細(xì)菌菌株的出現(xiàn)是公共衛(wèi)生政策面臨的一個(gè)重大問(wèn)題^[4]。

同質(zhì)的脆弱性

一種類(lèi)似的情形在農(nóng)業(yè)上觀(guān)察到。增加機(jī)械化和專(zhuān)業(yè)化可將混種栽培的防風(fēng)林地形轉(zhuǎn)化為一望無(wú)際的單種裁培的田野。一些遺傳多樣性較差的植物品種的生物量對(duì)病原體和害蟲(chóng)而言是好事：如果一株植物被感染，那么下一株植物可能也是虛弱的。此外，在大量使用肥料和殺蟲(chóng)劑的幫助下，篩選出來(lái)的農(nóng)作物具有較高的產(chǎn)量。因此，這些新的植物品種是敏感的植物，相比于雜草，具有較差的競(jìng)爭(zhēng)力。工業(yè)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)得到轉(zhuǎn)基因生物的支持，特別在北美洲和南美洲。產(chǎn)生殺死毛毛蟲(chóng)的毒素或?qū)Σ莞熟⒌葰⑾x(chóng)劑產(chǎn)生抵抗力的農(nóng)作物僅在幾年內(nèi)發(fā)揮效果。像細(xì)菌那樣，目標(biāo)害蟲(chóng)和雜草在一二十年之內(nèi)就會(huì)進(jìn)化出抵抗力^[5]。

自然的適應(yīng)性

同樣地，利用這種新的CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)來(lái)修飾或清除野生種群不會(huì)持久地有效果，而且這也能夠擾亂生態(tài)系統(tǒng)。較大的目標(biāo)種群、它們具有較短的生命周期和較重的選擇性壓力導(dǎo)致在這種種群中快速擴(kuò)散的抗性突變體具有巨大的適應(yīng)性?xún)?yōu)勢(shì)。生態(tài)系統(tǒng)是復(fù)雜的相互作用物種網(wǎng)絡(luò)幾十億年來(lái)進(jìn)化的結(jié)果，因此在不考慮進(jìn)化的情形下開(kāi)發(fā)疾病或害蟲(chóng)管理技術(shù)在長(zhǎng)期而言一定會(huì)失敗。

參考文獻(xiàn)

1. Ewen Callaway. Gene drives thwarted by emergence of resistant organisms. Nature, 02 February 2017, doi:10.1038/542015a

2. M. J. Zuidhof, B. L. Schneider, V. L. Carney et al. Growth, efficiency, and yield of commercial broilers from 1957, 1978, and 2005. Poultry Science, December 2014, 93(12):2970-2982, doi:10.3382/ps.2014-04291

3. Peter J. van der Most, Berber de Jong, Henk K. Parmentier et al. Trade-off between growth and immune function: a meta-analysis of selection experiments. Functional Ecology, February 2011, doi:10.1111/j.1365-2435.2010.01800.x

4. Consommation d'antibiotiques et résistance aux antibiotiques en France : nécessité d'une mobilisation déterminée et durable

5. Dale L. Shaner. Lessons Learned From the History of Herbicide Resistance. Weed Science, June 2014, doi:10.1614/WS-D-13-00109.1

6. When evolution and biotechnologies collide

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