麦考瑞大学和加州理工学院的研究人员开发出一种新技术，可以让科学家更安全地改变野生种群的基因组成。这项研究发表在《自然通讯》杂志上。

研究人员提出了一项新技术，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。

该研究的主要作者、麦考瑞大学应用生物科学系的 Maciej Maselko 博士表示，这种名为“等位基因帆”的技术可以让有益的基因变化在人群中传播，而不会留下“外来 DNA”。

他说：“等位基因帆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，因为转基因部分引入的频率很低，而且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应对重大的全球挑战 - 例如，对抗疟疾等蚊媒疾病，或阻止对环境有害的入侵害虫如海蟾蜍的传播。

但公众对于将基因改造引入野生种群确实存在担忧，而且还有很多监管限制。

人们担心转基因生物中可能含有外来DNA，随着时间的推移，会造成难以预测的生态后果;他们担心工程基因会传播给其他物种，对生态系统产生未知的影响;他们还担心一旦引入基因改造，可能无法逆转。

传统的基因改造方法也会导致工程基因在群体中迅速传播，从而引发生态和伦理问题。

作为回应，许多监管框架已经出台以应对基因改造，这带来了进一步的挑战。

现行法规通常区分转基因生物(GMO)和经过编辑的现有基因，从而给审批和实施设置了障碍。

“Allele 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——但与其他基因改造方法不同的是，该编辑器可以正常遗传，不会在群体中增加，”Maselko 博士说。

“然而，它所创建的编辑可以迅速传播，有可能使理想的特征变得普遍。”

等位基因帆建模

等位基因帆不同于基因驱动等其他基因改造技术，后者可以在群体中迅速传播工程基因。

相比之下，等位基因 Sail 使用编辑器引入基因变化，但变化仍保持在较低水平，有可能完全从种群中去除。

研究人员使用计算机模型测试了 Allele Sail 系统在不同情况下的工作情况。他们发现，即使释放少量携带编辑器的生物体，也能使编辑后的基因在人群中非常普遍。

这种方法可用于帮助保护濒危物种、控制入侵物种或减少昆虫传播疾病的传播。

例如，科学家可以利用该技术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。

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

Allele Sail 的工作原理

基因组编辑器被称为“风”，它可以使用基于 CRISPR 的系统对特定 DNA 序列进行有针对性的修改。随着编辑器在未来几代中遇到目标基因的未修改版本，由此产生的编辑被称为“帆”，然后会增加。

重要的是，拥有两个编辑基因副本的生物体需要生存和繁殖，以使该系统有效运转。

研究人员探索使用该技术来改变种群(例如增加有益特性)以及在某些情况下减少种群。

计算机模拟表明，该系统可以使编辑的基因在具有不同成本或收益的各种场景中变得非常普遍。

“我们相信 Allele Sails 对于帮助濒危物种和减少害虫危害特别有用，同时也能提供一种强有力的方法来抑制某些种群，”Maselko 博士说。

该方法利用基因编辑领域的最新进展，可以实现非常精确的 DNA 改变。即使是微小的编辑有时也会显著影响生物体的特性。

论文中的例子包括单一基因改变可以使贻贝和牛具有耐热性，或使某些植物具有抗病性。

与添加全新基因相比，这种微小的改变可能更容易获得监管机构的批准。

使用 Allele Sail 系统满足监管机构的要求

研究人员指出，一些监管体系开始将某些基因编辑视为类似于自然变化——例如澳大利亚基因技术监管办公室 2021 年对转基因生物的定义声明。

因此，通过低水平、非持久的转基因引入此类编辑的等位基因帆可能比其他基因改造方法更容易获得批准。

“对野生种群的任何基因改造都会引起争议，需要仔细研究其潜在的环境影响，”马塞尔科博士说。

他指出，虽然大多数基因改造研究都集中在消灭害虫物种上，但这些工具也可以对濒危物种或生态系统产生积极影响。

“我们的研究表明，等位基因帆技术是一种微妙的、具有潜在可逆性的基因工具，可以改变群体，而且随着基因编辑技术的进步，这种方法将越来越可行。”

研究人员已经发布了他们的计算机模拟代码，以便进一步研究 Allele Sail 系统应用于不同场景的方式。