基因驱动器展开了他们的翅膀

通常，分子生物学技术特异于一个生物体，因此Carthone欧文大学的分子生物学家Anthony James表示，CrispRP在从这种广泛的生物中编辑基因的灵活性是极其吸引力的。

如果他们可以灵活地编辑任何生物体中的任何基因，科学家也能够为该物种设计一个基因驱动。这可能意味着澳大利亚讨厌的蔗糖蟾蜍等侵入性物种，科学家们无法操纵转基因的其他生物现在可以成为Crisprprp的基因驱动目标。

基因驱动器只是生物控制系统的最新尝试。在过去，生物学家引入了自然敌人物种来控制害虫。例如，真菌已被用来夯实美国东北部的吉普赛蛾疫苗。伦敦帝国学院的进化遗传学家，基因驱动先锋奥斯汀伯特表示，基因驱动器并不大得多。“但你不是释放整个物种，你就释放了一个基因。”

Burt已经提出了职业生涯，研究了“自私的遗传元件”，寄生碎片的DNA或RNA，其仅存在于繁殖自己。它们通过其他名称进行，例如跳跃基因，转换元素，偏置基因转换器或减数分裂的司机。自私的元素生活在各种各样的生物（包括人类）中，并设计了各种方法来实现自己的传递。它们共同的是能够规避正常继承规则，首先由Gregor Mendel在1860年代描述。

踢到高齿轮

计算机模拟预测，以10％的人口从10％开始的75％继承的基因驱动可以通过几代内的所有辛辛。遵循正常的50-50遗传规则（黄线）的基因不会超过人口。

在孟德尔规则下，一个基因在从父母传递到后代时有一个50-50次拍摄。自私的元素不会播放这些规则。它们操纵系统以获得超过50％的后代遗传，即使它意味着损害生物体。

改变的发动机

2003年，Burt提出利用这些自私实体的一些良好。他设想将自私元素插入特定基因，创建一个基因驱动器，这将改变继承规则，以确保驱动器将被传递给大多数生物的后代。

Burt的概念是驯化一种称为归巢内切核酸酶基因的微生物家族的自私元素。这些基因使内切核酸酶 - DNA切割酶，其在生物体的整个遗传目录或基因组中靶向一个斑点。如分子剪刀，酶如果它尚未具有自私的元素，则将靶DNA剪断。接下来，随着细胞愈合突口，将归巢内切核酸酶基因的副本与其周围的DNA插入间隙中。一旦插入一个染色体中，基因将其自身剪切并粘贴到从另一个父母遗传的匹配染色体中。因此，当有机体相配和覆盖其遗传物质时，两种染色体将携带编辑机械。在受精卵中，这种切割和粘贴的机械也将转换伴侣的DNA。这种重复的编辑允许自私的元素在人口中的几乎每个生物体中驱动自身。基因驱动器可以通过像草原上的野火一样速度速度。

这种方法对削弱蚊子的疾病的灵活性具有特殊吸引力。在人口中1％的蚊子携带的基因驱动器可以如此有效地遗传，在大约20代中，所有蚊子的99％都会携带它，毛孔计算。

如果在野外释放基因驱动器，Burt的数学可能不会发生可能发生的事情。“这发生了本质上，”诺拉·贝桑斯特斯说，举行疟疾的蚊子。一种叫做P元素的自私元素侵入了20世纪50年代果蝇果蝇果蝇的DNA，“在不到50年，全世界遍布海洋，没有任何人类干预，”巴黎圣母院大学说。

人类可能能够直接引导基因驱动器只杀死女性蚊子（咬人和传播疾病的那些），或使昆虫无法携带疟疾，登革热或其他疾病。

为了将他的基因理论付诸实践，所有的Burt和他的同事都必须做的是重新进入一个归巢的内切核酸酶，以在蚊子的基因组中削减某个地方。哈佛医学院的合成生物学家Kevin esvelt说并不那么容易。“这是蛋白质工程中最严重的问题之一。”

驱动链反应

基因驱动器与CRISPR / CAS9建立更容易。这些新的驱动器插入产生系统组件的基因：切割酶和RNA，以将其引导到适当的切割部位。当一个有机体伴侣时，驱动器也将配偶的DNA转化为基因驱动器，并使将在永久性的链式反应中脱落。

1.导向RNA将Cas9切割酶切割成DNA上的特定点。

2.Cas9锁定在DNA上并解压缩，允许引导RNA与DNA的靶向部分配对。

3.Cas9将DNA剪排，在两条股中造成休息。

4.一种用于制造CAS9和引导RNA的DNA的DNA与切割端匹配。

5.通过插入包含Cas9的DNA和引导RNA的DNA来愈合切割。

6.当用另一个卵或精子携带HTE基因驱动保险丝时，使酶和引导RNA携带熔化，切割基因并开始该过程。

花了几年，但2011年，Burt和同事本质上宣布，他们创造了一个归巢的内切核酸酶，可以发现和切割蚊子中的基因。该实验表明，建立在蚊子中的基因驱动。但是将摆脱蚊子或阻碍他们传播疟疾的能力的基因驱动器在作品中（在线SN：11/23/15).

除归巢内切核酸酶外，科学家还一直在滋补两种人工蛋白质系统，作为可编程基因编辑工具。那些称为锌手指核酸酶和缩略者的工具（用于转录活化剂样效应核酸酶的缩短），将切割酶链接到结合特定斑点的DNA的蛋白质。这些分子使科学家能够对Genomes的动物园进行精确编辑（SN：12/12/15，p。 7）。但蛋白质“是一种负担，”布伦说。他说，与他们一起工作是“太痛苦，太慢了”。“如果它不是快速有效，那就不是很好的技术。”

CRISPR提供速度。与早期的技术一样，剪下DNA的CRISPR系统的一部分是蛋白质（Cas9酶）。但与其他系统不同，CRISPR对酶剪刀与RNA的碎片引导至基因研究人员想要切割。当RNA在DNA的信息携带单元上发现匹配，称为碱基，CAS9酶切割DNA。

RNA非常易于编程。研究人员只需要选择他们想要切割和合成匹配的RNA分子的DNA细分。该过程需要数天，而不是其他技术的数周或数月。

研究人员全心全意地拥有CRISPR，并利用该技术以容易地操纵许多生物的基因组，这种方式将需要多年来实现的才能实现。“这不是哦，也许有一天，”Doudna说。“下雪了。”

快进

哈佛的esvelt是第一个认识到Crispr基本上是一种超薄的归巢内切核酸酶，其可以很容易地变成基因驱动器。他和同事们在Elife将于2014年7月举办了一些可能的用途。

当时，没有人报告使用CRISPR创建基因驱动器。很快就改变了。1月份，Esvelt及其同事在Biorxiv.org上报告，他们在酵母中制作了一个基因驱动。三月，加州大学的研究人员，圣地亚哥在线报告，他们在科学中举行，他们在果蝇中创造了一个基因驱动。

这些研究人员，生物学家Valentino Gantz和Ethan Bier，正在寻找一种在果蝇果蝇中轻松制造突变的方法。甘兹集中在黄色基因上，这影响了飞行的颜色。他设计了一块携带生产Cas9蛋白的基因的DNA，以及产生导向RNA的DNA，这将驱动器引导到黄色基因中的脱落，破碎。

一只破碎的黄色基因黄金，苍蝇通常是棕褐色的棕褐色。黄色基因位于X染色体上。雌性苍蝇有两个拷贝的X染色体，可以继承一个破碎的黄色基因的一份拷贝并保留正常着色。两份副本将它们变成金色。但男性只有一个X染色体，因此只有一个基因的拷贝，所以任何破坏都会变黄。

当一个改变的X染色体被传到雌性后代时，Gantz推理，基因驱动器应将正常X从另一个父母转换成一个破碎的黄色基因。每个女性都会是黄色的。

金色触摸

将基因驱动器转向正常水果（a）变成黄色苍蝇（b）。然而，基因驱动器并没有完全起作用。在一种飞行（c）中，基因驱动器仅在体内左侧的细胞中工作。

“我在纸上得到了这么漂亮，但它真的发生的几率很长，”彼得说。事实证明，格子说，“它第一次工作。”

当研究人员将含有黄色基因的雌性繁殖到正常的雄性时，雄性和女性后代的95％至100％是黄色的。如果驱动器没有工作，并且正常的孟德尔遗传规则有效，只有50％的男性和没有女性后代会是黄色的。

系统并不完美。在4％的病例中，女性苍蝇出生时呈正常细胞和黄细胞斑块。一只女性只有半黄色。显然，一些X染色体管理到超越驱动器。但是，该系统效率显着。

Gantz和Bier没有称他们的发明是一种基因驱动。他们将其命名为“致突变性的链反应”。通过任何名称，它是第一次在多次生物体中部署了CRISPR基因驱动器。

释放和崩溃

如果其他人可以达到甘肃和佩尔所做的那种效率，研究人员可以在擦除昆虫疾病中进行巨大的飞跃。理论上，即使是一个基因驱动工程的生物也可能崩溃整个人口。

当他们了解了黄色果蝇实验时，这种可能性吓坏了一些人。如果含基因驱动的生物体逃离实验室并开始繁殖伴有其野生的对应物，则可能会不可逆转地改变野生种群。也许甚至擦掉它。

7月，27名科学家（甘茨和彼得犬之间）发出了科学指引，以便在实验室中使用基因驱动器。研究人员希望保持其基因驱动的实验昆虫等含有保护野生种群的动物，而且还保障了该技术的潜在人道主义益处。

“如果我们不小心释放一个基因驱动器进入野外，就会对公众信任做些什么？”esvelt问道。他担心意外违规可能会损害疟疾根除和其他急需的公共卫生措施。

弗吉尼亚理工学院的分子生物学家Zach Adelman在Blacksburg表示，该指南可以帮助研究人员避免创建意外基因驱动器，但他们不适用于实际使用的基因驱动器。基因驱动器的整体目的是传播。究竟如何影响其差异将影响生态系统。有些人推测迅速去除侵入性物种可能会震惊该系统并具有未知的成本。甚至摆脱携带疾病的蚊子可能会产生后果：蝙蝠，吃昆虫的蝙蝠，鸟类和其他细菌可能会失去宝贵的食物供应。

基因驱动器可以做些什么：

•免疫携带人类疾病的动物

•控制昆虫疾病

•涂抹害虫特异性杀虫剂和除草剂

•减少啮齿动物和其他害虫的种群

•控制侵入物种

•援助威胁物种

科学家们也不清楚基因驱动是否可以传播到密切相关的物种。对于anopheles蚊子，其中许多携带疟疾，答案可能是肯定的，贝桑斯基说。

八种被称为非洲蚊子的Anopheles Gambiae综合体变得不到500万年前的单独物种，他们有时仍然杂交，产生肥沃的杂种。通过这种杂交，基因驱动器可能从一个物种传递给另一个物种。但鉴于除了几种物种可以携带疟疾的情况下，从一个物种中溢出到另一个物种可能实际上是可取的，但伯斯基斯基说。

尽管如此，许多人对具有潜力来消除整个物种的基因驱动器的想法感到不舒服。一些研究人员，包括UC Irvine的詹姆斯，更喜欢一种方法，可以防止蚊子蔓延疾病而不减少他们的数字。

2012年，詹姆斯及同事报告说，他们用生成针对疟疾寄生虫的抗体的基因设计了anopheles Stephensi蚊子。抗体阻止了疟原虫寄生虫孢子，使疟疾的阶段感染为人类。没有孢子生成意味着蚊子不能将寄生虫传递给人类。

与甘兹和佩尔，詹姆斯创造了一种CRISPR基因驱动器，以加快蚊子种群的抗疟药抗体的蔓延。该团队于11月23日在美国国家科学院的诉讼程序在线报告（SN在线：11/23/15).让基因驱动到蚊子中被证明是棘手的;只有25,000只有超过25,000的雄性筛选出来。但一旦驱动器在昆虫中，雄性将它通过了大约99％的效率给后代。然而，女性只会略微超过孟德尔规则将它传递给他们的后代。

虽然这个基因驱动器由于女性继承问题而在野外，但詹姆斯预计将耐受疟疾的基因驱动的蚊子将有助于形成对疾病的前线。任何进入区域的野生蚊子都会迅速同化与基因驱动器无疾病。

距离现实英里

俄亥俄州州立大学的植物人口生态学家艾莉森雪说，基因驱动器的所有好处和缺点是“立即如此假设。”她怀疑，例如，杂草可以是基因驱动器设计以消除除草剂的建议。

“这些早期的预测是玫瑰色的，”她说，如果这样的工程杂草释放，那将太快了。

弗吉尼亚理工学院的阿德尔曼说，仍有时间锻炼不确定性。“人们正在跳枪认为这些都将在现在任何一天发布。这将是年多年来，“他说。科学家们有许多技术障碍能够克服。

制作任何类型的基因驱动的最大障碍之一就是让它们进入生物体。在蚊子中难于果蝇或其他实验室动物。

沿着基因传递的基因工程蚊子需要进入生物体的鸡蛋。在少于一毫米长四分之一的毫米宽，蚊子鸡蛋不会给研究人员提供更多的错误空间。詹姆斯说，很少有实验室已经完善了这种技术。

当创建Antimalaria抗体基因驱动时，研究人员必须注入CAS9，引导RNA和含有基因驱动器的DNA的比特进入蛋。Cas9似乎对蚊子有毒，因此该团队还包括一个单独的RNA，以抑制所产生的Cas9的量。这降低了酶的毒性，但也抑制了基因驱动的初始插入。

确保基因驱动器的所谓瞬间也会变得棘手。

正如一些人类指南比其他人提供更好的旅游，那么一些导游比牧场Cas9到适当的地方的其他指南。指导RNA定位五个不同的AEDES Aegypti蚊虫基因的效率从3月份的24％到90％变化，阿德曼及同仁在国家科学院汇诉课程中报告。

图表后的故事继续

错位剪刀

CRISPR / CAS9并不总是切割它应该的地方。在一个具有人体细胞的实验中，引导RNA应该仅将CAS9酶LED在染色体2（黄色棒）上的基因上，但也将酶引导到几种其他染色体上的许多脱靶位点（红色）。

在对人体细胞的实验中，马萨诸塞州盛达·蔡·郑德·郑德医院和哈佛医学院发现，一些引导RNA几乎始终将CAS9引导至正确的切割网站。其他指南以2月份的自然生物技术报告的蔡及其同事培养酶以上150多个“偏离目标”网站。

伯特说，另一个问题是研究人员对大多数疾病的生物，害虫和侵袭性物种的生物学知之甚少。这使得难以知道哪种基因或基因破坏以灭菌或以其他方式能够丧失害虫。

即使有了这些障碍，CRISPR技术即使在Genie逃脱之前，人类的反应时间可能不足以足够的方式移动。科学家们正在争抢，了解如何让精灵控制在控制下，因此“让希望”不会变成“要小心你想要的。”

基因可以赢得公众批准吗？

基因驱动器是否会使它从实验室中取出是一个大问题。研究人员仍然不知道基因驱动器如何在野外表现，是公众是否接受它们或他们将要跳过的监管篮球。

生态学家Ron Thresher在描述他的计划使用基因工程以摆脱澳大利亚欧洲鲤鱼的澳大利亚水道的计划时，将公众对基因驱动器进行反应的感觉，这是一种可以将晶体清澈的溪流变成“令人作呕的泥墙的贪婪的鱼类。“塔斯马尼亚州霍巴特的澳大利亚的英联邦科学和工业研究组织与澳大利亚的英联邦科学和工业研究组织进行了遗传伎俩。

当他与环保主义者，生态学家，原住民群和男子童子军部队谈论他的想法时，每个小组都问了同样的问题：如果你的一只鲤鱼在欧洲松动了怎么办？

“我们可以用手说[为我们的系统]没有什么会发生的，”Thresher说。但是，通过一个基因驱动，理论上，单身偷偷摸摸的鱼可能会消灭整个欧洲的鲤鱼人口。

即使有公众支持，除非规则改变，否则政府批准不会简单。基因驱动器的全部点是在野外分散，但政府法规旨在将遗传工程源于野生生物，弗吉尼亚理工学院的分子生物学家称，在布莱克斯堡。“没有监管途径可以处理任何不可能定义的东西。”

它甚至不清楚哪个政府机构将在基因驱动器上有管辖权，麻省理工学院和同事们在去年的评论中撰写了评论。美国食品和药物管理局规定要求动物对动物的遗传修饰安全有效。设计用于擦除侵入物种的基因驱动器可能是有效的，但它们肯定不会是目标物种的观点中的“安全”。然后是农业部和环境保护局，对使用有毒物质，害虫防治和植物健康有重叠的规定。

通过野生种群传播的基因驱动者不会尊重国际界限，因此他们可能会争夺国际条约，例如卡塔赫纳生物安全议定书，管辖基因工程生物的跨境运动。如果携带携带的生物导致在另一个国家的原生物物种损害原因，释放基因驱动器的国家也可能被指控违反“联合国生物武器公约”。

基因驱动器可能使疾病和害虫容易地摆脱，但解决他们使用周围的问题将是任何东西.-蒂娜哈斯曼扫

本文出现在2015年12月12日，与标题发出科学新闻，“基因驱动器释放出来：CRISPR为现实的强大的遗传工具带来了更近的。“