野合就爆炸？为了让实验室物种不在野外扩散，科学家也是拼了
原文以Synthetic species made to shun sex with wild organisms为标题
发布在2018年1月15日的《自然》新闻上
原文作者：Ewen Callaway
基因编辑生物无法与其野生同类繁殖，可以防止基因编辑过的植物将其基因传播给非改造作物和野草，但能够对抗害虫。
合成生物学家制造出了一种转基因酿酒酵母 (Saccharomyces cerevisiae) ，它无法和野生酿酒酵母繁殖。
图片来源：Eye of Science/SPL
因为Maciej Maselko，经过基因改造的生物若与野生同类繁殖，下场只有死亡。Maciej Maselko是明尼苏达大学的一名合成生物学家，他和同事使用基因编辑工具合成了无法与野生酵母繁殖的基因改造酵母。他们称在此过程中，一种合成物种诞生了。
“我们希望制造出和原始生物在方方面面都一样的物种，除了一点：在遗传上不相容。”Maselko解释道。他将在1月16日在美国加州圣迭戈举办的国际动植物基因组大会上展示他的研究。明尼苏达大学的生物化学家Michael Smanski参与领导了这项工作。
研究人员希望该技术可以用来阻止基因编辑过的植物将基因传递给非改造作物和野草，从而控制实验室生物出现扩张。通过用基因编辑生物替代野生生物，或许还有助于对抗害虫及入侵物种。一些科学家承认这种方法具有一定前景，但是提醒说它还面临一些技术障碍，比如基因编辑生物在野外生存和竞争的能力。“这是一个具有独创性的系统，如果成功，会有很多用处。”北卡罗莱纳州立大学的演化生物学家Fred Gould说。
自我毁灭模式
Maselko和Smanski使用CRISPR-Cas9基因编辑工具改变基因的表达，而不是编辑目标基因。研究组引导Cas9酶过度激活特定基因，使其蛋白产物增至毒性水平。他们首先使用酿酒酵母测试这种方法，他们不断提高肌动蛋白水平，直至包含它的细胞爆炸。
为了防止编辑过基因的酵母细胞与其他菌株繁殖成功，实验团队对酵母细胞做了两种修饰：一种会产生某版本Cas9，Cas9与其他因子共同识别并过度激活肌动蛋白基因，它就像是“毒药”。另一种是一个阻止Cas9过度表达肌动蛋白的变异，相当于“解药”。
同时包含毒药和解药的酵母菌株若和携带解药的菌株繁殖，可产生健康的后代；若和缺少解药的实验室菌株繁殖，那么它们的后代几乎全部都会像气球一样炸开。Maselko和Smanski团队在10月的《自然-通讯》上报告了这一结果。
Maselko团队还使用一个名为“wingless”的发育基因作为毒药，改造果蝇合成物种，并且很快将对植物、蚊子、线虫和斑马鱼展开实验。他和Smanski一起为这种方法申请了专利。
活体酿酒酵母细胞的延时摄影景象，左边为可相容繁殖，右边为不可相容繁殖。
图片来源：Maselko et al., Nature Communications 8:883 (2017).
对抗生物入侵
合成物种还可用于战胜和控制会传播疾病或损害生态系统的不良物种。Siba Das是Maselko在明尼苏达大学的同事，他在国际动植物基因组大会上通过一个数学模型，表明如何通过投放合成物种来对抗鲤鱼入侵（在明尼苏达州和美国其他中部州的河流和湖泊中，鲤鱼泛滥成灾）。
然而，加州大学的分子生物学家Omar Akbari表示，阻止异种繁殖的基因修饰——毒药和解药——可能会大大削弱生物的演化适应性。Cas9酶不一定每次都能识别目标基因，有可能会上调其它基因的活性。这样的“脱靶效应”还可能影响基因编辑过的生物的健康。Akbari补充表示，任何可能影响生物健康的因素都应可以在果蝇实验中被轻易检测到。“我不确定合成生物是否有能力在野外竞争生存。”Akbari说。
Gould也认为很难在制造繁殖障碍的同时不损害生物的演化适应性。科学家们或许能够通过在野外释放大规模的基因编辑生物，增加合成物种胜过野生物种的可能性。Gould正在研究其它对抗害虫的基因方法，他希望可以有新技术出现。“我绝不会把所有鸡蛋都放在一个篮子里。”他说。ⓝ
Nature|doi: 10.1038/d41586-018-00625-1
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