人造演化: 科學家正在用基因編輯使老鼠與蚊蟲絕種!

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你所在的時間是2050年,地點是紐西蘭。科技的進步戲劇化地改變了人類棲息之島上的生命,乍看之下,島上的動物未受影響。

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但有一件奇怪的事:所有入侵的齧齒動物都從這座島上消失了,包括老鼠、負鼠、其他曾侵害當地罕見物種的掠食動物。好幾世紀以來,大量入侵的外來物種損害了農業生產力,破壞了該地的原始之美,還使具代表性的物種(例如不會飛的奇異鳥)瀕臨絕種。

但情況再也不同了,2050年時,所有入侵的掠食動物都消失了。

這聽起來可能很像科幻電影情節,但其實它是紐西蘭野生動物新計畫的目標,為的是擺脫所有有害動物。單憑傳統方法(下毒、設陷阱)是不可能達成目標的;這個浩大的計畫發展出一項新的基因工程技術,使入侵的物種不孕,用牠們自己的DNA來消滅牠們。

現在科學家的國際研究小組,已開始在實驗室的老鼠身上,測試前所未見的哺乳動物基因驅動技術。名為「基因編輯永動機」 “perpetual motion machine of gene editing”的基因驅動技術,優點在於將選定的基因資訊(例如無法繁殖的基因) 傳播到所有入侵物種身上。

它是強大且有點驚人的工具,能媲美「天擇」的過程。

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如果新的基因驅動技術有效,而紐西蘭的計畫更進一步推展了,那麼這就是人類首度用此科技來消滅當地某種動物的例子。

人造演化

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此項科技目前已在昆蟲身上進行測試,目標是要消滅會傳播疾病的蚊子。

基因驅動技術提供一個混淆「演化過程」的方法。多數動物有2組相同的基因:它們可能相同,也可能是不同的變體。假設一種變體基因是天擇,另一種被人類編輯成不孕基因。當2種基因混合,就像有性生殖的過程,動物的後代會遺傳到2種變體基因。

基因驅動技術會找出自然的變體基因,將它從DNA中移除,並迅速將它取代為「編輯成不孕的基因」。這代表所有的後代只會有突變基因,而當基因突變的動物與「正常」動物繁殖時,相同的過程再度發生,多虧了基因驅動技術,牠們的下一代將再度擁有突變基因。

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結果會如何?當突變基因的量足夠了,在大約十個世代中,它會從一隻動物,擴展到百分之百的總體。

Andrew Hammond博士是倫敦帝國學院的基因工程師,他在蚊子身上測試基因驅動技術,他:「在很短的時間內,你真的能將野生族群變成改良族群。」

雌性木馬病毒

基因驅動技術原本有一些問題,像是基因編輯的效率低。但多虧了新工具CRISPR,現在能很容易地在任何地方、用任何方式,精確設計出基因突變,進而為科學家開啟一條大道,能使基因驅動技術適用於哺乳動物身上。

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用這項技術來消滅有害動物,有2步驟。第一步,科學家得找到一個能增強不孕特點的基因。下一步,他們得確保此基因會在基因驅動中傳遞下去,這是一件較難辦的事,因為不孕的動物不易於繁殖。

有個變通的方法就是雌性木馬病毒法,Daniel Tompkins博士率先在紐西蘭土地養護研究組織實行此法。這項科技實行的重點在於粒線體,它是細胞中的小發電所,提供能量讓精子正常游動。

粒線體DNA中的突變會大大減少精子的活動力和雄性繁殖力。更聰明的是:因為粒線體只從媽媽身上傳下來,它們能在天擇的演化過程中存活。換句話,基因突變的媽媽將會生下不孕的兒子,但她們的女兒(也有基恩突變)將能再次繁殖,生育更多不孕的雄性後代。

經歷足夠的時間和世代,性別比例會偏向雌性,繁殖率大降。所有流浪的有害動物會吃下老鼠藥而遭撲殺,這些老鼠藥可能是用配有生物傳感器的機器傳送的。

無雌性後代的老鼠

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德克薩斯州A&M大學David Threadgill博士帶領的另一組團隊,正在試驗一個有點不同的方法。

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他的團隊用的是一組天生利己的基因,它叫做t-complex。帶有t-complex的精子較「健康」,因此比起其他不含t-complex的精子,較容易讓更多卵子受精。

Threadgill對Singularity Hub網站說明,這代表t-complex天生能遺傳到下一個世代,成功機率是95%。

Threadgill善用這個天然機制,他的團隊將一個複製的Sry基因連結至t-complex基因。你可在Y染色體中找到Sry基因,Sry是產生「雄性特徵」的主要基因,遺傳到Sry基因的動物會發展出雄性性器官。

如果一切照計畫進行,在精子使卵子受精時,額外的Sry基因將會纏上t-complex基因。結果就是9/10的後代都會有額外的Sry基因,因此變成雄性。

Threadgill說:「無雌性後代的方法是以昆蟲的實驗為基礎,但這個方法還未用在老鼠身上。」現在這個方法仍在驗證概念的階段,但該團隊計畫要在大範圍中測試此基因驅動的效果,以此改變性別比例。

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來源: SingularityHub