“等位基因驱动”使基因编辑具有选择性的精确性和广泛的含义

基于crispr的“等位基因驱动”使基因编辑具有选择性的精确性和广泛的含义

新的基于crispr的基因驱动技术和更广泛的主动遗传学技术正在彻底改变科学家将特定性状从一代转移到另一代的方式。

加州大学圣地亚哥分校(University of California San Diego)的科学家们现在开发出了一种新的基因驱动版本，它为特定的、有利的细微基因变异(也称为等位基因)在人群中的传播打开了大门。

4月9日，《自然通讯》(Nature Communications)杂志报道了这一新的“等位基因驱动”，它配备了一种引导RNA (gRNA)，可以引导CRISPR系统剪切不需要的基因变体，并用该基因的一个优先版本替换它。这项新举措扩大了科学家通过精确编辑修改生物体种群的能力。以文字处理为例，基于crispr的基因驱动允许科学家编辑遗传信息的句子，而新的等位基因驱动提供逐字母编辑功能。

在其潜在应用的一个例子中，已经对杀虫剂产生抗药性的农业害虫的特定基因可以被原始的自然遗传变异所取代，这种变异利用等位基因驱动，选择性地交换单一蛋白质残基(氨基酸)的特性，从而赋予杀虫剂敏感性。

除了农业应用，携带疾病的昆虫可能是等位基因驱动的目标。“如果我们在基因驱动元件中加入这种正常的gRNA，例如，设计用来让蚊子免疫疟疾的基因驱动元件，产生的等位基因驱动将在人群中传播。当这种双作用驱动器遇到抗杀虫剂的等位基因时，它将使用野生型的敏感等位基因对其进行切割和修复，”新论文的资深作者伊桑比尔(Ethan Bier)说。“结果是，几乎所有新出现的后代都对杀虫剂敏感，对疟疾的传播也不敏感。”

该论文的第一作者安娜贝尔·吉哈德(Annabel Guichard)说:“通过等位基因驱动，迫使这些物种回到它们的自然敏感状态，这将有助于打破一个恶性循环，即不断增长的、对环境有害的农药过度使用。”研究人员描述两个版本的等位基因,其中“copy-cutting,”研究人员使用CRISPR系统有选择地将不受欢迎的版本的一个基因,和更广泛的适用版本称为“copy-grafting”,促进传播的有利等位基因在网站有选择地免受gRNA乳沟。

Guichard说:“这项研究的一个意外发现是，这种等位基因驱动产生的错误不会遗传给下一代。”这些突变反而产生了一种不同寻常的致命性，被称为“致命的嵌合现象”。这一过程通过立即消除基于crispr的驱动所产生的不必要的突变，有助于提高等位基因驱动的效率。”

虽然这项新技术已在果蝇身上得到证实，但它也有可能在昆虫、哺乳动物和植物上得到广泛应用。据研究人员称，等位基因驱动技术的几种变体可以与作物的有利性状结合开发，例如，在贫瘠的土壤和干旱环境中茁壮成长，以帮助养活不断增长的世界人口。除了环境应用，等位基因驱动还应该使下一代动物模型工程能够研究人类疾病，并回答基础科学中的重要问题。作为塔塔遗传与社会研究所(TIGS)的成员，比尔说等位基因驱动可以用来帮助环境保护工作，保护脆弱的地方性物种或阻止入侵物种的传播。

基因驱动和活跃的遗传学系统目前正在开发中，用于哺乳动物。科学家们表示，等位基因驱动可能会加速实验室培育出新的人类疾病动物模型菌株，帮助开发新的治疗方法。