Nature子刊：新的基因编辑技术可以在不留下永久外源DNA的情况下改变野生种群的基因

麦考瑞大学和加州理工学院的研究人员开发的一项新技术于8月13日发表在《自然通讯》杂志上，该技术可以让科学家更安全地改变野生种群的基因组成。

研究人员提出了一种新技术，旨在解决与现有基因改造方法相关的一些监管挑战和公众担忧。

麦考瑞大学应用生物科学学院的首席作者Maciej Maselko博士说，这项被称为等位基因Sail的技术将允许有益的基因变化在种群中传播，而不会留下“外来DNA”。

他说:“等位基因Sail提供了一种以更容易被接受的方式改变野生种群特征和命运的方法，因为转基因部分以低频率引入，通常不会永远持续下去。”

打破基因编辑障碍

基因工程可以通过改变某些野生种群的基因组成来解决重大的全球挑战——例如，对抗蚊子传播的疾病，如疟疾，或阻止像甘蔗蟾蜍这样对环境有害的入侵害虫的传播。

但是，公众确实担心将转基因引入野生种群，并且存在许多监管限制。

人们担心转基因生物可能含有外来DNA，随着时间的推移会造成不可预测的生态后果;他们担心工程基因可能会传播到其他物种，对生态系统造成未知的影响;他们还担心，一旦基因改造被引入，它们可能无法逆转。

传统的基因改造方法也可能导致工程基因在一个群体中迅速传播，从而引发生态和伦理问题。

作为回应，已经引入了许多监管框架来解决基因改造问题，这带来了进一步的挑战。

目前的法规经常区分转基因生物(GMOs)和现有基因被编辑的生物，这为批准和实施制造了障碍。

“等位基因Sail系统使用基因编辑器对生物体的基因组进行特定的DNA改变——但与其他基因修饰方法不同，编辑器是正常遗传的，不会在种群中增加，”Maselko博士说。

“然而，它所产生的编辑可以迅速传播，有可能使理想的特征变得普遍。”

建模等位基因帆

等位基因Sail不同于基因驱动等其他基因改造技术，后者能在种群中快速传播工程基因。

相比之下，等位基因Sail通过编辑器引入遗传变化，这种编辑器保持在低水平，并且有可能完全从种群中移除。

研究人员使用计算机模型来测试等位基因Sail系统在不同情况下的工作方式。他们发现，即使释放少量携带编辑器的生物体，也可以使编辑过的基因在种群中非常普遍。

这种方法可以用来帮助保护濒危物种，控制入侵物种或减少虫媒疾病的传播。

例如，它可以让科学家为濒危物种添加抗病或耐热基因。它还可能降低蚊子传播疟疾等疾病的能力。

目前的法规通常将转基因生物视为转基因生物，但将其编辑后的后代视为非转基因生物。在这种情况下，等位基因Sail提供了一种改变野生种群的方法，可能更容易被接受。”

Allele Sail是如何工作的

被称为“Wind”的基因组编辑器可以使用基于crispr的系统对特定的DNA序列进行有针对性的改变。由此产生的编辑被称为“Sail”，当编辑在后代中遇到未经修改的目标基因时，这种编辑就会增加。

重要的是，拥有两个编辑基因拷贝的生物体需要生存和繁殖才能使系统有效地工作。

研究人员探索了利用这项技术来改变种群——比如增加有益的性状——以及在某些情况下减少它们。

计算机模拟显示，该系统可以使编辑基因在不同成本或收益的情况下非常普遍。

Maselko博士说:“我们相信等位基因帆在帮助濒危物种和减少害虫伤害方面特别有用，同时也提供了一种抑制某些种群的有力方法。”

这种方法利用了基因编辑技术的最新进展，可以非常精确地改变DNA。即使是很小的编辑有时也会显著影响生物体的特征。

论文中的例子包括可以使贻贝和牛具有耐热性的单一基因变化，或使某些植物具有抗病能力。

与添加全新的基因相比，这种微小的改变更有可能获得监管机构的批准。

用等位基因Sail系统与监管机构会面

研究人员指出，一些监管系统开始将某些基因编辑视为类似于自然变化的东西——比如澳大利亚基因技术监管办公室在2021年发布的定义转基因生物的声明。

因此，通过低水平、非持久的转基因引入这种编辑的等位基因Sail可能比其他基因修饰方法更容易获得批准。

“任何对野生种群的基因改造都会引起争议，需要仔细研究潜在的环境影响，”Maselko博士说。

他指出，虽然大多数转基因研究的重点是消灭有害物种，但这些工具也可以对受威胁的物种或生态系统产生积极影响。

“我们的研究表明，等位基因Sail技术是一种微妙的、潜在可逆的基因修改工具，随着基因编辑技术的进步，这种方法将越来越可行。”

研究人员已经公布了他们的计算机模拟代码，以便进一步研究等位基因Sail系统应用于不同场景的方法。