遗传工具可以帮助对抗疟疾和入侵物种。但是我们应该使用它吗？
查尔斯达尔文不知道基因是什么。如果我们将进化之父放到2019年，那么人类可以故意改变整个物种基因的想法对他来说肯定会像巫术一样。
但是CRISPR基因工具___一种新的，不可思议的强大技术，有能力做到这一点，迫使基因在人群中传播。基因工具允许我们为自己的目的而自然选择，潜在地防止疾病的传播或根除侵入性害虫。
然而，正如在我们知识的前沿所进行的任何科学研究一样，我们仍然会对CRISPR基因工具的强大程度达成一致。玩基因重组游戏意味着我们将来可能会选择哪些物种生存，哪些物种死亡 - 这是科学家和伦理学家同意的一种近乎令人难以置信的能力，它给我们带来了独特的伦理、社会和道德挑战。
查尔斯达尔文建立了进化论，但他生活在我们理解基因之前的一段时间。但首先，我们来谈谈基因工程。数千年来，人类一直在干扰遗传学。我们驯养了狗，我们饲养了巨大的鸡。但是在20世纪，我们学会了基因是由DNA构成的，我们创造了一些工具，可以让我们对它们进行修补。到了20世纪70年代，这开辟了一个新的研究领域。在接下来的40年里，基因工程在科学家中变得司空见惯。这并不容易。成功插入或删除基因需要时间，高级专业知识和大钱包。但是在2012年，随着CRISPR的发现，基因工程变得更便宜，更快速，更高效。
现在，科学家拥有一个强大的分子工具，可以可靠地改变几乎任何生物体。它在2013年被吹捧为一场革命，它一直在推动作物的基因改造，潜在的新癌症治疗，精制抗生素以及创造疾病动物模型的新方法。通过将其与“基因驱动”相结合，CRISPR正在逆转世界上一些最大的生态问题，“基因驱动”是一种强大的基因工程工具，用于在整个人群中传播基因。在短短五年内，CRISPR基因驱动技术已经从开拓性理念转变为即将到来的现实。
在伦敦，一个研究小组正在努力完善一项可以消灭携带疟疾蚊子的种群，以对抗根据世界卫生组织每年杀死近50万人的疾病。与此同时，在澳大利亚，有毒的甘蔗蟾蜍肆虐穿越大陆，危及当地物种。研究人员希望使他们的毒素变得惰性并控制它们的传播，使自然的动植物群有机会反弹。一个没有疟疾的世界。没有入侵物种的行星。
它被称为疟原虫，一种感染肝脏和血液的单细胞寄生虫。它会导致疟疾，这种疾病可能致命，尤其是儿童。寄生虫隐藏在载氧的红细胞中并繁殖，最终从细胞中爆炸，在此过程中摧毁它。2016年，该病感染了2.16亿人，造成44.5万人死亡。其中90％以上发生在非洲，70％的死亡发生在5岁以下儿童。为了感染人类，疟原虫依赖于雌性蚊子。寄生虫停留在蚊子内部，当蚊子将针状口插入皮肤时，寄生虫会转移到人体内。
科学家推断，为了疟疾的目标，你可以瞄准蚊子，阻止蚊子通过人群传播寄生虫。通过基因工程控制疟疾的早期尝试集中于生产“转基因”蚊子。将来自其他生物体的DNA引入其基因组中，这有助于防止寄生虫的传播。
实验室取得了成功，研究表明转基因生物可以用灭活疟原虫的基因或完全停止其发育来创造。然而，通过添加额外的基因，科学家们已经使实验室种植的昆虫变得脆弱，并且不太可能在野外生存。这使他们无法传播抗疟疾基因，因为它们在有机会繁殖之前就会死得太快。
科学家怎么能克服这个问题？像往常一样，大自然提供了答案。
---改变物种的起源。改变物种的力量始于性别。基因成对存在。当两个生物交配时，他们将每个生物交给他们的后代。他们不选择哪种基因得到遗传。这是一个基因抛硬币：每个基因有50％的机会被传下来。然而，一些基因是自私的。他们使用分子技巧确保它们以超过50％的几率传递。像这样打破遗传规则，这些自私的基因可以随着时间的推移在整个种群中存活和传播，即使它们使生物体变弱。
自20世纪60年代以来，科学家们已经玩弄了修改自私基因以控制昆虫物种的可能性，但是在2003年，来自伦敦帝国理工学院的奥斯汀伯特写了一篇开创性论文，首先概念化了基因驱动。他提出，一种特殊的自私基因可以被设计成故意偏向遗传，允许科学家不仅编辑个体的基因，而且编辑整个种群的基因。伯特和他的同事们在八年多的时间里提出了这个想法，最终表明它有可能在2011年出现，但警告仍然存在需要解决的“技术障碍”。但这发生在基因工程巨大的全球动荡之前的一段时间：2012年CRISPR / Cas9（或更简单的“CRISPR”）的发明CRISPR是一种强大的基因工程工具，通常被称为“一对分子”剪刀，因为几乎可以在任何物种中切割和编辑基因。两年后，它将成为波士顿遗传学家改变世界的想法。
走过翡翠项链似的人行天桥，这是一片历史悠久的公园和水道，蜿蜒穿过波士顿，凯文埃斯威特盯着宁静的静水，注意到一只乌龟，引发了一个突破性的想法：将CRISPR与基因驱动的概念结合起来将创造一个难以想象的强大的基因工程工具。它将创造一种新型的人造自私基因，将CRISPR剪刀和指示放在生物体基因组内部。它比2003年Burt的想法更容易部署和更强大。正如我们大多数人在高中生物学中所学到的，一个有机体从其母亲那里获得一个基因的副本，从父亲那里获得一个基因。但是如果一个父母携带CRISPR基因驱动，它可以切除另一个父母的基因，并将基因驱动器复制到其位置。经过许多代，这将使基因驱动通过整个物种的基因库传播。Esvelt的想法于2014年开始，之后他的实验室甚至开发了一个有效的CRISPR基因驱动器。该论文发表在eLife上，提出了该技术的一些应用：消除疟疾等昆虫传播的疾病，使农业害虫对农药敏感并控制入侵物种。
将这项技术应用于携带疟疾的蚊子群？那么，这可能改变世界。
2018年9月，伦敦帝国理工学院的一个研究小组由安德里亚·克里斯蒂安（Andrea Crisanti）领导并以先驱奥斯汀·伯特（Austin Burt）为特色，他们透露，它已经产生了一种CRISPR基因驱动，导致实验室繁殖的冈比亚冈蚊子全面崩溃。
研究人员针对一种称为doublesex的基因，该基因的作用类似于看门人，决定蚊子是男性还是女性。通过改变这个基因，该团队能够培育出不育的雌性蚊子，并且有不能抽血的口器。从本质上讲，他们翻了个基因开关，导致女性更像男性。
在开始使用600只蚊子后，基因驱动器在7至11代内传播，导致完全崩溃。研究小组在2015年创建了一个针对不同基因的类似驱动因素，但由于基因突变随着时间的推移而出现，因此在人群崩溃方面并未取得成功。那么，这是迄今为止最强大的驱动器。“最重要和最令人惊讶的事情是，如果不改变它的功能就不能改变doublesex。”Crisanti解释道。“现在我们正在努力了解这个地区是否真的'抵抗'，如果是，我们真的有一个可以在该领域使用的工具，并解决疟疾问题。”
伦敦实验室在9月提出的自我传播的驱动力可能被证明是沉淀整个物种的遗传冰山，但仍然有大量的知识海洋可以穿越。对于Crisanti来说，现在的工作转向复制Anopheles蚊子茁壮成长的热带环境，并研究基因如何在这种条件下驶动。
在澳大利亚干旱的北部平原，一个物种入侵者慢慢向西穿过大陆。
两栖掠夺者看起来像一个肌肉发达的煎饼，有腿，凸出的肩膀（是的，他们有肩膀）和疣状的颠簸：甘蔗蟾蜍，Rhinella marinus。世界上最大的蟾蜍物种，甘蔗蟾蜍是一种有毒的兰迪侵入者。 1935年，一个州政府拥有的糖业机构将该物种引入澳大利亚西北部作为生物控制措施，一种阻止甘蔗甲虫破坏其作物的方法。但是蟾蜍在澳大利亚热带地区茁壮成长，通过竞争食物迅速繁殖并对自然生态系统造成严重破坏，并伴随着致命的毒素混合物，杀死任何可能尝试吃它的捕食者。
蟾蜍呈现出与按蚊不同的问题。它们对人类没有危险（除非你因为某种原因决定舔它），但它们会对本地动植物造成大量痛苦。在过去的83年里，它们几乎不可能被遏制，并且与越来越多的澳大利亚本土蜥蜴，蛇和青蛙有关。他们致命的分泌毒素，帮助他们传播，也可能最终导致他们的垮台。
澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）基因组工程项目负责人Mark Tizard认为，他的团队可以使用CRISPR对蟾蜍进行遗传修饰，以防止它产生致命的毒素。“蟾蜍本身在毒素被挤出之前不会致命，当它被挤出时它被激活并变得致命，有一种酶可以做到这一点，”Tizard说。哪里有酶，就有一个基因，哪里有基因，CRISPR就可以开始工作了。“我们一直致力于研究这种酶系统。目的是让你的蟾蜍永远不会产生致命的毒素。”但是蟾蜍仍会产生其他毒素，对于那些可能试图吃它的饥饿食肉动物（或毫无防备的宠物）来说，这些毒素并不致命。那些毒素不会杀死掠食者，而是教导蟾蜍不是一个很好的食物来源。蜥蜴称这是一个“老师蟾蜍”，并建议它可以被释放到蟾蜍可能接下来入侵的地区，自然地促进捕食者与猎物的相互作用，并说服自然动物群不吃蟾蜍。起初，看起来像CRISPR基因驱动器是对抗蟾蜍的完美机器，就像携带疟疾的蚊子一样。然而，甘蔗蟾蜍提供了一个例子，其中自我传播的基因驱动，如在伦敦开发的那个，可能是过度的。驱动器可以消灭入侵物种，但它们并不总是成为完美的工具。
“如果我们能够使用基因驱动来消除毒素并将其传播到人群中，那将是非常好的，”Tizard说。然而，虽然青蛙是贪婪的繁殖者，但它们需要两到三年才能成熟，这种“世代间隔”是在疣状两栖动物中实施基因驱动的主要问题之一。出生和性成熟之间的时间框架会阻碍基因驱动的传播。“我们用甘蔗蟾蜍的基因驱动器做的事情的基本点还不是很清楚，”Tizard说。Esvelt不相信应该使用自我传播的驱动器来改变像蟾蜍这样的入侵物种。更确切地说，他认为这种驱动只能在造成巨大人类或动物痛苦的四种特殊情况下才能生存：冈比亚按蚊，新世界螺旋虫，其幼虫以活哺乳动物的组织为食，以及两种寄生虫引起大多数血吸虫病病例，世界卫生组织估计每年影响超过2亿人。
但Tizard仍然希望遗传技术能够对抗甘蔗蟾蜍的行进，并且仍然期望使用CRISPR，这样的生物进入野外，转基因蟾蜍会在释放时引发一系列社会和道德问题。
基因驱动可以自我传播提出了一个独特的实验问题：它无法在现场进行试验。不可能保证工程生物将停留在受控区域。一旦释放，它最终会扩散到物种的每个生物体。虽然建设驱动的技术山脉大多已经扩大规模，但我们才刚刚开始扩大这种改变生态系统的技术所带来的道德、道德和社会困境。确实，自我传播驱动器的发布可以挽救数千人的生命或保护本地物种免受入侵威胁，但我们无法完全预测将这种驱动器释放到野外的后果也是如此。
无论科学家的意图多么出色，大自然都是不可预测的。它继续寻找超越我们的方法。从一开始，现在负责麻省理工学院Sculpting Evolution小组的Esvelt在处理基因驱动技术时一直倡导科学的响应能力。他认为，该技术具有如此深远的影响，科学界必须从项目的最初阶段公开参与社区并与社区互动。“我们不想陷入成为他们象牙塔中聪明科学家的陷阱，他们为每个人做出决定，”他说。 “我们需要让每个人参与决策。”
2018年6月，艾佛特及其在麻省理工学院的同事在eLife杂志上发表了一篇论文，强调了将自我繁殖基因驱动引入野生种群的一些潜在风险。他们的数学模型显示，“即使是迄今为止报道的效率最低的驱动系统也可能是高度侵入性的。”当伦敦团队透露它在9月开发出无阻抗基因驱动时，Esvelt警告说“成功传达了我们这些从事其他物种基因驱动的人的信息：我们必须使用保障措施。任何构建潜在侵入性基因驱动系统的人都应该在简单的墙壁和笼子之外使用保护措施时要格外小心。”埃斯韦特认为，一个错误可能不仅会破坏生态系统，还会引起社会反弹，严重损害公众对执行负责任科学的信任。这可能会使基因驱动研究回到几年或几十年。
而这些侵入性的转基因生物可能会穿越国家线路，为政治火灾增加生物燃料或无意中改变他们从未打算过的生态系统。
几乎每两分钟，另一名儿童死于疟疾。鉴于该死的统计数据，我们是否应该尽快采取行动来预防这种疾病呢？如果我们能够消灭携带它的蚊子。只有3,500种中的少数物种，并防止这些死亡，我们不是必须这样做吗？或者我们是否正在将自己的鼻子挖进大自然的秘密日记中，未经同意就四处寻找？“即使没有援引任何特定的宗教信仰，许多人认为使用基于实验室的技术等同于'干扰'自然或自然过程，或者过度，特别是在环境方面，”Rachel Ankeny说道，他是生物伦理学家。
此类信仰已经超过160个环保倡导组织，呼吁全球暂停基因驱动技术的开发和发布，相信它们构成了“重大的生态、文化和社会威胁”。此外，美国国防部高级研究计划局（DARPA）已投入1亿美元用于基因驱动技术的开发，促使倡导团体反对进一步研究对军事化的恐惧。
“基因驱动器是一种高风险，未经证实的实验技术，开发成本高达数百万美元，无法保证成功，”地球之友新兴技术项目协调员Louise Sales表示，他们共同签署了暂停协议。虽然联合国去年11月拒绝接听这些电话，但它确实建议“各方和其他政府，采取谨慎态度”，并逐案评估基因驱动项目。
在很多方面，从事Esvelt，Crisanti和Tizard等基因驱动的科学家们从一开始就处于领先地位，建立了物理保障措施，并努力在任何潜力之前向社区宣传该技术的潜在风险和益处。“从事基因驱动工作的人们从一开始就倾向于在他们的工作中建立道德考虑因素，并且在全球和国家层面上就这些技术的道德审查的适当机制进行了广泛的讨论，”Ankeny说。该技术正在以如此快的速度发展，以至于监管机构难以跟上。当我在2018年10月与Crisanti谈话时，他相信我们在哺乳动物中进行基因驱动可能需要几年的时间。但在1月份，一个研究小组发表了关于在啮齿动物中工作的第一个基因驱动器的工作，表明这可能会影响实验室小鼠的遗传。
通过在遗传系统中建立保障措施，研究人员正在尽最大努力保持考虑于任何道德困境。 Esvelt的团队编造了另一种形式的基因驱动器，称为“菊花驱动器”，旨在在有限时间内在本地环境中包含释放，而不是无限期地传播。今年1月，来自康奈尔大学的一个团队描述了另一套可以在驱动器中构建的安全措施，这也可以防止意外传播。
因此，在驯服进化中，人类现在是遗传领域的仲裁者。我们不仅仅进入了基因组游戏，我们已经登上了王位。尽管它们的发布可能还需要几年时间，但我们制造驱动物种灭绝或永久改变它们的CRISPR工具的能力是我们五年前梦寐以求的。
这不是冬天即将来临，而是一个革命性的春天。（求关注！）
（转载请说明出处：今日头条“刘高工话说高科技”）
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