比尔盖茨:为什么基因编辑和人工智能一样值得关注?

比尔盖茨:为什么基因编辑和人工智能一样值得关注?
2019年04月18日 20:08 新浪科技综合

  来源:比尔盖茨微博

  基因编辑可以成为对抗这一疾病的有力新武器。

  人类数千年来都在发明杀死蚊子的新方法。罗马人通过清排沼泽地来灭蚊。如今,你可能会在院子里安置一个捕虫器。在中低收入国家,你经常可以看到人们喷洒杀虫剂,或者设置用糖作诱饵的粘性陷阱。

  然而进化相当聪明。它通过诞生出更难被杀死的蚊子,始终跑在我们的前面。在撒哈拉以南非洲、南美部分地区和东南亚,我们看到了数量惊人的能够抵抗杀虫剂的蚊子。

  这尤其给防治疟疾等蚊媒疾病带来了麻烦。为了根除这些疾病,我们需要新的工具与已有的工具进行互补。

  我们的基金会正在支持许多不同的尝试。其中一个项目令我格外的兴奋,那是一组对蚊子进行基因改造的技术,可以显著减少某些地区携带疾病的蚊虫数量。

  这些基因技术最酷的地方在于它们的精确程度。精确与否至关重要,因为在3000多种蚊子里,造成绝大多数疟疾病例的只是其中的五种。并且在这些蚊子中,只有雌蚊会传播疾病,因为它们是唯一会咬人的(当它们需要额外的蛋白质来繁殖时,它们就会这样做。专家称之为“吃一顿血液餐”)。而雄蚊只喝花蜜。

  基因编辑带给我们的希望是,我们可以只在特定区域消灭具有危险性的蚊子,而不是随意地杀死蚊子。这将为我们赢得治疗当地所有疟疾患者的时间,然后在无寄生虫的条件下恢复蚊子的种群数量。

  一种令人兴奋的基因编辑技术被称为基因驱动(Gene Drive)。这一术语包含几种不同的方式,但其基本原理是使用CRISPR 技术来重写遗传规则。通常情况下,对于任何一个基因,父母中的一方有50% 的几率将该基因遗传给孩子(它会与双亲中另一位的基因竞争,且只有一个能够胜出)。利用基因驱动技术,这一概率可以达到100% 。你将一个编辑过的基因带给一些蚊子,这个基因将植入——或驱动——它们所有的后代。当这些蚊子与野生蚊子交配时,它们所有的后代都将携带编辑过的基因,并且随着时间的推移,该基因会穿透整个种群。

  想象一下,不管伴侣的眼睛是什么颜色,蓝眼睛的蚊子都会有蓝眼睛的后代。最终,这个种群中的每一只蚊子都将有蓝色的眼睛。

  下面这张图向你展示了基因驱动是如何最终将某个基因扩散到整个种群的: 

  我们没理由认为可以将基因驱动应用在人类身上,更不用说提倡这样做了。关于这项技术在昆虫身上的应用也存在着一些严重的问题,我稍后会谈到这个问题。但首先我想给你们举两个例子来说明它是如何起作用的。

  其中一个是名字花哨的X-shredder。或许你能回忆起生物课讲过的一些内容,一只蚊子是雌是雄,部分取决于它从父母那里继承到了什么性染色体。雌蚊从双亲分别得到一条X染色体,而雄蚊则从母亲那里得到一条X染色体,从父亲那里得到一条Y染色体。

  2014年,伦敦帝国理工学院和西雅图弗雷德 · 哈钦森中心的科学家们得以编辑雄性蚊子体内的一种蛋白质,从而破坏其精子中的X染色体。于是大部分雄性蚊子将Y染色体传递给后代,所以它们后代中的大部分也将是雄性。在基因驱动的作用下,这些后代也将携带编辑过的蛋白质,所以它们后代中的大多数也将是雄性。

  不出几代,雌雄比例将会失衡,最终导致该物种在这一地区灭绝。

  另一个例子涉及到双性基因(Doublesex Gene)。这种基因在蚊子体内与性染色体一起发生作用,决定后代是雄性还是雌性。去年,伦敦帝国理工学院的研究人员发现,携带经过编辑的双性基因的雌蚊会长出雌雄混搭的器官,包括雄性生殖器和一个脆弱到无法刺透人类皮肤的喙。它们不能繁殖,所以种群数量会减少;它们不能吸食血液,所以它们不会传播寄生虫。

  双性基因编辑不会影响雄蚊,虽然在基因驱动的作用下,它们会将基因传递给后代,使得双性基因编辑能在种群中持续传播。

  我们知道基因驱动技术在实验室条件下可行。当帝国理工学院的研究人员把150只携带双性基因编辑副本的雄蚊同450只野生蚊子放进一个小笼子里时,所有蚊子在几个月内(大约10代)就都死光了。基于性别差异的编辑也产生了类似的结果。

  下一步是在更大的笼子里进行试验,并最终获得政府的许可在户外进行试验。我们还需要了解几件事情:如果某种蚊子开始死亡,这对食物链有什么影响?我们需要引进多少变异的蚊子?我们需要蚊子消失多长时间?去年,布基纳法索政府许可在野外释放不育的、非基因驱动的蚊子,这科研人员便可以开始研究一些上述的问题。

  正如我所提到的,社会问题和监管问题也会产生影响。例如,由于蚊子不会受国界的限制,这就需要邻国在对待基因编辑技术的使用上具有一致意见。政策制定者和科学家们一直在像世界卫生组织和非盟发展机构的平台上就这些问题进行辩论,并正朝着一个共识迈进。

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