跟上快速发展的基因驱动科学

新兴的基因驱动科学正在引起人们的关注，因为它有助于解决蚊子传播的疾病和农业害虫和入侵物种等环境问题等重大健康问题。从根本上说，基因驱动在传统的遗传领域之外运作，其中后代有50%的机会从其父母之一继承特征。基因驱动引入了一种特性，可以通过人群传播或驱动。实际上，基因驱动器堆叠甲板有利于遗传的特性，即使该特性不能帮助物种生存。基因驱动的例子存在于自然界中，但最近对CRISPR-Cas9(一种靶向基因编辑系统)进行的实验室研究表明，科学家可以设计一种基因驱动，使目标性状能够通过几乎100%的酵母群体传播，果蝇或蚊子。

国家科学院，工程学和医学院刚刚发布了一份报告，“基因驱动在地平线上：推进科学，驾驭不确定性，使研究与公共价值观保持一致”，以解释基因驱动科学的现状并讨论科学家的后续步骤，利益相关者，监管机构和公众。

在过去一年中编写该报告的15人专家委员会包括NC State的自然资源和基因工程与社会集群副教授Jason Delborne。德尔伯恩拥有科学技术政策和公众参与有争议的科学问题的专业知识，帮助介绍了国会山的报告以及在华盛顿特区的公开演讲。

我们与Delborne坐下来了解有关基因驱动报告及其建议的更多信息。

为什么这份报告及时?

基因驱动的科学发展非常迅速。我们的委员会成立于2015年7月，自那时以来，主要的科学论文已经出现，在果实苍蝇和蚊子的实验室中展示了新的概念证明。正如我们的报告所示，我们评估基因驱动风险，监管机构监督以及围绕基因驱动进行公开讨论的能力落后于科学。它没有跟上步伐。因此，在我们面对是或否问题之前，我们现在进行此分析非常重要。当我们拥有一个可以部署的技术时，问题就变成了，我们是否这样做?我们不想等到我们面前有技术来讨论监管，监督，道德和参与。

为什么基因驱动科学处于转折点?

是什么让基因驱动科学值得研究的是，我们可以设计一种具有目标性状的基因驱动器和受人类控制的驱动机制。因此，我们基本上可以通过遗传方式修饰有性繁殖的生物体，然后以一种我们以前从未做过的方式通过群体驱动这种特性 - 有意图。它在理论上更精确，可能更强大。

基因驱动确实在自然界中发生，因此机制不是完全不熟悉的。但是直到CRISPR-Cas9等分子技术的发展，设计靶向基因驱动还不可行。

基因驱动有哪些可能的应用?

您可以使用基因驱动器来减少人口数量，也可以使用它来改变其特征。

提出的一些例子包括使用基因驱动器来创造一群无法传播登革热，人类疟疾或禽疟疾等疾病的蚊子。您还可以使用基因驱动器通过将后代的性别比例偏向于存在太少的女性来维持群体而使入侵性害虫群体崩溃。

基因驱动技术可以用来对抗寨卡病毒吗?

我们的委员会没有负责确定应该应用什么样的基因驱动问题。我们所说的是，当出现危机时，可能会有诱惑迅速开发和部署基因驱动器。我们作为一个科学委员会的信息是，我们需要意识到此时围绕基因驱动的不确定性水平，并且它仍然非常高。寨卡的出现令人害怕。关于寨卡如何运作以及如何传播，我们有很多不确定因素，所以我们并不确切知道干预和处理公共卫生问题和潜在危机的最佳方式。

围绕Zika的不确定性及其如何运作以及基因驱动的稳定性，功能性和安全性的不确定性意味着这两件事现在可能不会合在一起。

使用基因驱动有什么限制?

基因驱动不适用于所有类型的生物体。它只适用于有性繁殖的生物。基因驱动需要很短的世代时间才能真正有用。环境释放后，你需要遗传元素保持稳定，而这还不是已经证明的东西。我们有研究知道基因驱动在一个实验室中与一些不同的生物一起工作，但我们还不知道它是如何在自然环境中通过多代产生的。

基因驱动可以与人群一起使用吗?

由于人类生成时间很长，与蚊子或酵母不同，基因驱动不太可能被认为是用于通过人群驱动特性的工具。这只需要太长时间。而坏消息是，这可能意味着我们无法将基因驱动视为解决遗传性疾病或类似问题的工具。好消息是，我们可能不需要担心基因驱动的邪恶使用会影响人类的繁殖。

我们在人类健康方面作为委员会谈论的潜在危害与我们如何改造现有生物以及它将如何影响人类健康更为相关。作为一个假设的例子，如果我们要创造一种不传播疟疾的基因驱蚊，那么另一种更有效的载体是否可能在传播疾病方面取而代之?改良的蚊子可能传播不同的疾病并影响人类健康吗?因此，伴随着对自然界的任何干预，都存在对人类健康造成伤害的各种可能性。

这就是我们作为一个委员会所说的原因之一，我们还不足以将基因驱动的改良生物释放到环境中。相反，我们建议采用分阶段测试方法，以减少潜在的意外后果。

一些评论家质疑基因驱动技术是否赋予我们“扮演上帝”的能力。委员会是如何处理这个问题的?

作为一个例子，使用基因驱动的能力提出了一个问题，即我们是否应该或何时根除一个物种。我们公开呼吁根除蚊子，因为它们是传播多种疾病的载体。这不是一个容易回答的问题。从生物学的角度来看，它甚至都试图回答这个问题，这是非常复杂的。此外，从道德的角度来看，我认为关于何时以及如何干预自然过程存在重要问题。

我们的委员会并没有试图压制批评者或批评性问题，我也不想这样做。我想要尊重这样一个事实，即可能会有许多人对这项研究表示严重关切，他们要求在任何类型的田间试验或基因驱动生物的释放方面确定性和安全性的门槛很高。我能理解。

什么使基因驱动器与转基因生物(GMO)不同?

基因驱动使特征具有在群体中传播和持续存在的特性。因为这种特性正在驱动人群，即使它使生物体的竞争力或适应性降低，这种特性很可能会持续存在并在环境中传播。由于基因驱动的特性，有可能导致不可逆转的生态变化。相反，如果你将一种转基因生物引入环境中，那么随着时间的推移，它可能会消散或消失，除非它赋予健身优势。

使用基因驱动有哪些道德，实践和社会方面的考虑?

我们报告的一个主要信息是，负责任的科学不仅仅是一个研究问题。关于基因驱动的惊人之处在于它们的潜在应用与公共健康和保护的挑战相结合。因此，在决定如何使用这些决策时，我们正在制定基于价值观的决策，我们正在制定政治决策，而不仅仅是科学决策。

科学提出了治理，价值观，研究实践，风险评估和公众参与等问题。对于负责任的科学，必须考虑所有这些不同的因素。这不仅仅是基因驱动是否起作用的技术科学问题。

利益相关者和公众如何参与基因驱动讨论?

该报告的一个重要信息是公众参与不能成为事后的想法。参与的结果可能与关于是否以及何时将基因驱动修饰的生物体释放到环境中的决策的科学结果同样重要。我们更加重视沟通，找出利益相关者的价值，并将反馈纳入我们应如何处理基因驱动研究和开发。

对于美国国家科学院委员会来说，这是一个很大的问题，除了生物学，昆虫学，群体遗传学，生态学和风险评估方面的专家之外，它还说明委员会中有许多社会科学家和人文主义者。

我们的任务之一是提出选择潜在现场测试站点的标准。我们的建议包括与相关公众进行互动 - 生活在可能发生的地方的人群，其他利益相关者和更广泛的公众。关于社区，利益相关者和公众参与，有一整章，这是本报告的一个新颖方面。

该报告为研究人员提供了哪些指导?

该委员会的建议是，我们应该继续进行实验室研究并进行实地试验，但我们没有足够的证据支持在高度控制的条件下释放基因驱动。我们呼吁进行协调研究，以减少知识差距。

我们建议，只要有可能，研究人员应该在基因驱动中加入一个可见标记，以便在该生物体中区分它，以促进研究和监测。这可能并不总是可能，但这是一个建议，因为你不能看一个有机体，知道它是野生型，常规转基因生物还是基因驱动修饰生物。如果有可见标记，则有助于监视。

有一些关于所谓的反转驱动器的讨论，它使用相同类型的分子技术来回忆一个出错的基因驱动器或者你想要逆转的基因驱动器。我们的委员会在查看现有证据时认为，我们不应该仅仅依靠逆转驱动作为减轻基因驱动效应的策略。如果我们谈论技术的意外后果，依靠相同的技术来保护我们，那就有问题了。

哪些机构将帮助监督基因驱动研究?

基因驱动不尊重政治边界。它们的设计方式及其传播潜力不尊重边界，这意味着国际治理和国际合作与协作对基因驱动的改良生物比对常规转基因生物更为重要。

到目前为止，对转基因生物和其他生物技术的监管是以遏制为前提的。从某种意义上说，基因驱动力是为了克服边界 - 它们意味着传播 - 而且它们对我们现有的生物技术管理框架提出了新的挑战。在国际一级，我们有“联合国生物多样性公约”，特别是卡塔赫纳和名古屋议定书。在国家层面，我们有生物技术监管协调框架，该框架已经在审查过程中，部分原因是为什么这些国家科学院研究正在进行中。白宫已经要求参与协调框架的机构会面并考虑这些机构如何适应新兴的生物技术。基因驱动肯定是这一挑战的一部分。

关于哪些机构对调节基因驱动修饰生物的主要责任缺乏明确性。这取决于你如何对有机体进行分类。基因驱动植物害虫或动物药物还是灭鼠剂?现有的生物技术已经存在挑战，但基因驱动生物可以进一步挑战它。

我们报告的建议之一是倡导从环境评估转变为生态风险评估，该评估将考虑基因驱动的特征，其对人口的影响以及当地价值和治理。

我们还确定了有关滥用的担忧以及有人可能将基因驱动技术用于恶意目的的想法。尽管没有任何人试图这样做的证据，但我们必须注意这一点。

我们可以从转基因生物中吸取什么教训?

公众对生物技术背后的科学存在一些不信任。人们一直认为转基因生物有私人利益而不是公共利益，安全性没有得到认真对待，转基因生物被悄悄地引入。欧洲和这个国家公众对转基因生物的强烈抵制可以被理解为怀疑这些事情已经起作用，而不仅仅是健康风险或环境影响。这是关于这种技术是隐形的和被私人控制的感觉，因此我们正在吃转基因食品，但我们不知道。由于存在这些问题，委员会认识到更多的透明度和更多的参与对科学和技术都有好处。

在公共受众和利益相关者之间关于转基因生物的沟通太少，而且是尊重和富有成效的。如果用基因驱动重复这一点，那将是一种耻辱。希望这份报告能够让我们朝着更加透明和开放式沟通的方向发展 - 这是一种新兴技术 - 潜在的好处和潜在的危害。