基因擴散的新武器

袁越

假如有個心懷鬼胎的外星人來到地球，打算把人類變成自己的奴隸，他會怎么辦呢？一個辦法就是先制造一個“奴隸基因”，將其植入到某人的基因組中，然后把他（或她）放到社會上去，任其結婚生子，慢慢把這個“奴隸基因”擴散到整個人類種群當中去。

這個辦法聽上去似乎不錯，但真的可行嗎？讓我們來做個簡單計算。已知一個孩子的基因組一半來自父親，一半來自母親，所以這個“奴隸基因”只有50%的可能性會傳給某個孩子。為了便于計算，讓我們假設這個被外星人改造過的人只生了兩個孩子，那么最大的可能是只有一個孩子攜帶“奴隸基因”，攜帶率為50%。

再假設這兩個孩子長大后分別找一個健康人結婚生子，又分別生下了兩個孩子，那么按照上述方式計算，第二代這4個孩子當中，只有一個孩子攜帶有“奴隸基因”，另外3個孩子都是健康的，攜帶率降到了25%。依次類推，第三代8個孩子當中仍然只會有一個孩子攜帶“奴隸基因”，攜帶率進一步降到了12.5%。

換句話說，這個外星人的計劃是不太可能成功的，因為遺傳規(guī)律決定了一個新基因很難在種群中擴散開來，除非這個基因能讓攜帶者具備某種生存優(yōu)勢。比如，如果攜帶“奴隸基因”的人會變得非常有魅力，因此而生下了更多的孩子，那么下一代當中這個基因的攜帶率就會比正常值多那么一點點。這樣慢慢積累下來，最終該基因就會取代原來的等位基因，成為新常態(tài)，這就是生物進化的機制。

但是，這個機制卻給人類操控自然種群帶來了很多困難。比如，為了對付瘧疾，有人曾經設想把一個自殺基因導入傳播瘧疾的蚊子種群當中，讓其自行滅絕。但這樣的基因顯然不具備生存優(yōu)勢，按照上文的邏輯，這個基因是很難在野生蚊子種群中自主地擴散開來的，必須設法將其“驅動”起來。

為了解決這個“基因驅動”（Gene Drive）的難題，科學家們想出過很多辦法，但要么操作難度太大，要么效果不太理想，一直很難付諸實踐。2012年，有人發(fā)明了一種名為CRISPR-Cas9的基因編輯技術，可以在活細胞內對特定的基因片段進行編輯。這項技術很快就被應用于生物學研究的各個方面，基因擴散自然也包括在內。

2014年，美國加州大學圣地亞哥分校（UCSD）的兩位遺傳學家在《科學》（Science）雜志上發(fā)表論文，報告了一種基于CRISPR-Cas9的新方法，在果蠅身上實現(xiàn)了基因的定向驅動，而且效率相當高。

這個方法解釋起來有點復雜，簡單說，就是通過基因編輯技術，把受精卵當中來自健康一方的那條染色體也變成這個特殊基因的攜帶者。這樣一來，只要雌雄雙方有一方攜帶了這個外源基因，那么它們生下的后代就全都攜帶這個基因了，而不是遺傳學規(guī)則預言的只有50%。

5月22日，德國國家分子醫(yī)學中心內一名研究人員用CRISPR-Cas9技術做研究

這篇論文發(fā)表后引起了轟動，但果蠅畢竟是低等生物，高等哺乳動物不一定可行，于是兩位科學家決定在小鼠身上進行類似的實驗。2018年7月4日，一家專門刊登論文預印本的網站bioRxiv刊登了他倆撰寫的新論文，證明這套基因驅動系統(tǒng)在小鼠身上也可以工作，只是效率要比昆蟲低一些。

消息一經披露，立刻引發(fā)了一場關于科學倫理的大討論。有人認為這項研究將為恐怖分子提供一種新式基因武器，幫助他們在人群中擴散某種有害基因，就像前文所說的外星人奴隸養(yǎng)成計劃一樣。不過這篇論文的作者指出，起碼從目前來看，這項技術不太可能做到這一點，因為這套系統(tǒng)還不夠穩(wěn)定，小鼠繁殖幾代之后就很有可能失去活性。

雖然有可能被壞人濫用，但這項技術在抑制有害生物物種方面還是很有潛力的，尤其是擅長傳播各種傳染病的蚊子，非常適合運用這項技術加以定點清除。所以，這項技術雖然有些爭議，但研究的步伐并沒有因此而放緩。

讓我們拭目以待吧。