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合成物种的开发用作可限制的基因驱动

研究人员创造了新的基于crispr的蝇种,作为控制基因驱动传播的新方法

基于crispr的技术在造福人类健康和安全方面具有巨大潜力,从根除疾病到加强食品供应。例如,基于crispr的基因驱动正在被开发,以阻止疟疾和登革热等破坏性疾病的传播。这种基因驱动被设计成在目标人群中传播特定的特征。

但许多科学家和伦理学家对基因驱动的无节制传播提出了担忧。一旦在野外部署,科学家如何防止基因驱动像野火一样在人群中不可控制地传播?

现在,加州大学圣地亚哥分校(University of California San Diego)的科学家和他们的同事开发了一种内置基因屏障的基因驱动,旨在控制这种驱动。在分子遗传学家奥马尔·阿克巴里实验室的领导下,研究人员设计了人工合成的苍蝇物种,当释放足够数量时,它们就像基因驱动一样,可以在当地传播,如果需要的话还可以被逆转。

科学家们将他们的物种(Synthetic Synthetic synzygotic barriers,利用CRISPR-based incompatibility for Engineering SPECIES)开发描述为一种概念验证创新,可以移植到其他物种,如昆虫疾病载体。另一个潜在的物种应用的例子是,传播基因驱动,以限制害虫享用有价值的粮食作物。

“基因驱动可能会扩散到预期的边界之外,而且很难控制。“物种”提供了一种非常安全且可逆的控制种群数量的方法,”加州大学圣地亚哥分校生物科学部副教授、该论文的资深作者Akbari说。发表在6月2日的杂志上自然通讯

图像

加州大学圣地亚哥分校的科学家使用基于crispr的技术修改了果蝇的基因组,创造了8个生殖隔离物种。在未来,该技术可应用于植物、昆虫和脊椎动物等其他生物,为生物防治提供新的机会。

创建“物种”背后的想法反映了自然界中新物种的形成。例如,由于新的陆地形成、地震分离或其他地质事件,一个单一物种的成员随着时间的推移而分离,一个新的物种最终可以从物理上的分离进化而来。如果新物种最终返回与原始物种交配,它们可能会产生无法存活的后代,这是由于通过一种称为生殖隔离的自然现象而分离后的生物学变化。

在蝇类中工作果蝇加州大学圣地亚哥分校的研究人员和他们在加州理工学院、加州大学伯克利分校和创新基因组研究所的同事使用CRISPR基因编辑技术开发了编码SPECIES系统的果蝇,这些系统与野生版本的物种在繁殖上不兼容d .腹

这篇论文的主要作者安娜·布克曼(Anna Buchman)说:“尽管物种形成在自然界一直都在发生,但创造一个新的人工物种实际上是一个相当大的生物工程挑战。”“物种方法的美妙之处在于,它简化了过程,为我们提供了一套我们在任何生物中都需要的工具,以优雅地促成物种形成。”

从概念上讲,当“物种”在野外部署到足够多的数量时,它们可以控制地通过一个种群,并在传播过程中取代所有的野生对手。以疟疾为例,“物种”蚊子可以被培育出一种基因成分,使它们无法传播疟疾。

Akbari说:“你可以用一种限制和可控的方式将抗疟疾物种传播到目标人群中。”由于“物种”与野生型蚊子不相容,它们的种群可以通过将其阈值限制在50%以下来控制和逆转。这使你有能力限制和逆转其传播,如果需要的话。”

随着物种屏障在临时替代野生型种群方面的作用完成,它们的数量可以随着野生型种群的重新引入而减少。

Akbari说:“从本质上说,这使我们能够利用基因驱动的所有力量,例如消除疾病或保护作物,而不存在无法控制的传播的高风险。”

论文的共同作者包括Anna Buchman, Isaiah Shriner(前加州大学圣地亚哥分校本科生),Ting Yang, Junru Liu(现任生物科学博士研究生),Igor Antoshechkin, John Marshall, Michael Perry和Omar Akbari。

这项研究的部分资金来自加州大学圣地亚哥分校实验室启动基金和美国国防部高级研究计划局安全基因计划拨款(HR0011-17-2-0047)。

注:Akbari是Agragene股份有限公司的联合创始人。


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