比爾蓋茨:為什么基因編輯和人工智能一樣值得關注?

極客網·極客說4月19日,日前比爾蓋茨在其微博發表文章稱,基因編輯可以成為對抗這一疾病的有力新武器。蓋茨基金會正在支持許多不同的嘗試,其中一個項目是對蚊子進行基因改造的技術,可以顯著減少某些地區攜帶疾病的蚊蟲數量。

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以下是文章全文:

基因編輯可以成為對抗這一疾病的有力新武器。

人類數千年來都在發明殺死蚊子的新方法。羅馬人通過清排沼澤地來滅蚊。如今,你可能會在院子里安置一個捕蟲器。在中低收入國家,你經常可以看到人們噴灑殺蟲劑,或者設置用糖作誘餌的粘性陷阱。

然而進化相當聰明。它通過誕生出更難被殺死的蚊子,始終跑在我們的前面。在撒哈拉以南非洲、南美部分地區和東南亞,我們看到了數量驚人的能夠抵抗殺蟲劑的蚊子。

這尤其給防治瘧疾等蚊媒疾病帶來了麻煩。為了根除這些疾病,我們需要新的工具與已有的工具進行互補。

我們的基金會正在支持許多不同的嘗試。其中一個項目令我格外的興奮,那是一組對蚊子進行基因改造的技術,可以顯著減少某些地區攜帶疾病的蚊蟲數量。

這些基因技術最酷的地方在于它們的精確程度。精確與否至關重要,因為在3000多種蚊子里,造成絕大多數瘧疾病例的只是其中的五種。并且在這些蚊子中,只有雌蚊會傳播疾病,因為它們是唯一會咬人的(當它們需要額外的蛋白質來繁殖時,它們就會這樣做。專家稱之為“吃一頓血液餐”)。而雄蚊只喝花蜜。

基因編輯帶給我們的希望是,我們可以只在特定區域消滅具有危險性的蚊子,而不是隨意地殺死蚊子。這將為我們贏得治療當地所有瘧疾患者的時間,然后在無寄生蟲的條件下恢復蚊子的種群數量。

一種令人興奮的基因編輯技術被稱為基因驅動(Gene Drive)。這一術語包含幾種不同的方式,但其基本原理是使用CRISPR 技術來重寫遺傳規則。通常情況下,對于任何一個基因,父母中的一方有50% 的幾率將該基因遺傳給孩子(它會與雙親中另一位的基因競爭,且只有一個能夠勝出)。利用基因驅動技術,這一概率可以達到100% 。你將一個編輯過的基因帶給一些蚊子,這個基因將植入——或驅動——它們所有的后代。當這些蚊子與野生蚊子交配時,它們所有的后代都將攜帶編輯過的基因,并且隨著時間的推移,該基因會穿透整個種群。

想象一下,不管伴侶的眼睛是什么顏色,藍眼睛的蚊子都會有藍眼睛的后代。最終,這個種群中的每一只蚊子都將有藍色的眼睛。

下面這張圖向你展示了基因驅動是如何最終將某個基因擴散到整個種群的: 

我們沒理由認為可以將基因驅動應用在人類身上,更不用說提倡這樣做了。關于這項技術在昆蟲身上的應用也存在著一些嚴重的問題,我稍后會談到這個問題。但首先我想給你們舉兩個例子來說明它是如何起作用的。

其中一個是名字花哨的X-shredder。或許你能回憶起生物課講過的一些內容,一只蚊子是雌是雄,部分取決于它從父母那里繼承到了什么性染色體。雌蚊從雙親分別得到一條X染色體,而雄蚊則從母親那里得到一條X染色體,從父親那里得到一條Y染色體。

2014年,倫敦帝國理工學院和西雅圖弗雷德 · 哈欽森中心的科學家們得以編輯雄性蚊子體內的一種蛋白質,從而破壞其精子中的X染色體。于是大部分雄性蚊子將Y染色體傳遞給后代,所以它們后代中的大部分也將是雄性。在基因驅動的作用下,這些后代也將攜帶編輯過的蛋白質,所以它們后代中的大多數也將是雄性。

不出幾代,雌雄比例將會失衡,最終導致該物種在這一地區滅絕。

另一個例子涉及到雙性基因(Doublesex Gene)。這種基因在蚊子體內與性染色體一起發生作用,決定后代是雄性還是雌性。去年,倫敦帝國理工學院的研究人員發現,攜帶經過編輯的雙性基因的雌蚊會長出雌雄混搭的器官,包括雄性生殖器和一個脆弱到無法刺透人類皮膚的喙。它們不能繁殖,所以種群數量會減少;它們不能吸食血液,所以它們不會傳播寄生蟲。

雙性基因編輯不會影響雄蚊,雖然在基因驅動的作用下,它們會將基因傳遞給后代,使得雙性基因編輯能在種群中持續傳播。

我們知道基因驅動技術在實驗室條件下可行。當帝國理工學院的研究人員把150只攜帶雙性基因編輯副本的雄蚊同450只野生蚊子放進一個小籠子里時,所有蚊子在幾個月內(大約10代)就都死光了。基于性別差異的編輯也產生了類似的結果。

下一步是在更大的籠子里進行試驗,并最終獲得政府的許可在戶外進行試驗。我們還需要了解幾件事情:如果某種蚊子開始死亡,這對食物鏈有什么影響?我們需要引進多少變異的蚊子?我們需要蚊子消失多長時間?去年,布基納法索政府許可在野外釋放不育的、非基因驅動的蚊子,這科研人員便可以開始研究一些上述的問題。

正如我所提到的,社會問題和監管問題也會產生影響。例如,由于蚊子不會受國界的限制,這就需要鄰國在對待基因編輯技術的使用上具有一致意見。政策制定者和科學家們一直在像世界衛生組織和非盟發展機構的平臺上就這些問題進行辯論,并正朝著一個共識邁進。

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