當進化與生物技術相碰撞時，我們該何去何從？

來源：作者：人氣：-發表時間：2017-07-25 09:10:00【大中小】

自從2012年以來，CRISPR-Cas9基因編輯技術便已引發基因工程變革。這種技術依賴于一種來自細菌細胞的酶，即Cas9。它的作用機制是在一個事先確定的位點切割生物的遺傳儲存系統（即DNA）。它在DNA上產生一個缺口。隨后，人們就能夠在那里插入一段新的序列，比如來自另一個生物的基因。

如此一種簡單而又廉價的技術使得創造轉基因生物（genetically modified organisms, GMO）更加容易。更令人關注的是，將編碼酶Cas9的基因插入到細胞基因組中使得它能夠自己執行這種切割-插入過程。這種被稱作“基因驅動（gene drive）”的技術能夠在幾代內在整個群體中擴散新的基因。一旦這些被引入的基因在這個群體中站穩腳跟，人們就可能稱呼它們為GMO。最有前景的應用之一將是通過擴散導致不孕的突變來根除蚊子，但是正如2017年發表在Nature期刊上的一篇論文^[1]中解釋的那樣，這種應用能夠被進化本身挫敗。

利用CRISPR-Cas9對埃及伊蚊進行基因組編輯
圖片來自cell.com

與細菌之間的軍備競賽

這不是首次表明進化本身讓生命很難接受基因工程和生物技術。人類健康的最為重要的革命之一是抗生素的工業化生產。在第二次世界大戰之后，西方國家不僅利用它們抵抗人類疾病，而且也利用它們促進農業生產和育種工業化。生物發展的一個基本規則是物種能夠僅攝入有限數量的食物，而且必須面臨著三種主要的生物學功能---生長、繁殖和存活---之間的平衡。這種情形也適合于栽培物種，但是這種現存的平衡可能并不適合于工業化生產。分配更多的資源給一種功能不可避免地導致其他兩種功能的性能下降。

農民很早之前就注意到閹割出生牛犢會讓它們變成更快地生長和變胖的閹牛。同樣地，抗生素的使用會降低免疫系統刺激，并且能夠讓育種者選擇快速生長^[2]的但抵抗力較差^[3]的動物。通過與依賴于高密度的基因相似個體的工業化育種相結合，抗生素的大規模使用確保保護它們免受疾病。在法國，生產的40%的抗生素被動物消費^[4]。通過與人類消費相結合，細菌遭受著巨大的在抗生素下存活下來的選擇性壓力。因此，很多菌株產生抗生素耐藥性。因此，多藥耐藥的傳染性細菌菌株的出現是公共衛生政策面臨的一個重大問題^[4]。

同質的脆弱性

一種類似的情形在農業上觀察到。增加機械化和專業化可將混種栽培的防風林地形轉化為一望無際的單種裁培的田野。一些遺傳多樣性較差的植物品種的生物量對病原體和害蟲而言是好事：如果一株植物被感染，那么下一株植物可能也是虛弱的。此外，在大量使用肥料和殺蟲劑的幫助下，篩選出來的農作物具有較高的產量。因此，這些新的植物品種是敏感的植物，相比于雜草，具有較差的競爭力。工業化農業生產得到轉基因生物的支持，特別在北美洲和南美洲。產生殺死毛毛蟲的毒素或對草甘膦等殺蟲劑產生抵抗力的農作物僅在幾年內發揮效果。像細菌那樣，目標害蟲和雜草在一二十年之內就會進化出抵抗力^[5]。

自然的適應性

同樣地，利用這種新的CRISPR-Cas9基因編輯技術來修飾或清除野生種群不會持久地有效果，而且這也能夠擾亂生態系統。較大的目標種群、它們具有較短的生命周期和較重的選擇性壓力導致在這種種群中快速擴散的抗性突變體具有巨大的適應性優勢。生態系統是復雜的相互作用物種網絡幾十億年來進化的結果，因此在不考慮進化的情形下開發疾病或害蟲管理技術在長期而言一定會失敗。

參考文獻

1. Ewen Callaway. Gene drives thwarted by emergence of resistant organisms. Nature, 02 February 2017, doi:10.1038/542015a

2. M. J. Zuidhof, B. L. Schneider, V. L. Carney et al. Growth, efficiency, and yield of commercial broilers from 1957, 1978, and 2005. Poultry Science, December 2014, 93(12):2970-2982, doi:10.3382/ps.2014-04291

3. Peter J. van der Most, Berber de Jong, Henk K. Parmentier et al. Trade-off between growth and immune function: a meta-analysis of selection experiments. Functional Ecology, February 2011, doi:10.1111/j.1365-2435.2010.01800.x

4. Consommation d'antibiotiques et résistance aux antibiotiques en France : nécessité d'une mobilisation déterminée et durable

5. Dale L. Shaner. Lessons Learned From the History of Herbicide Resistance. Weed Science, June 2014, doi:10.1614/WS-D-13-00109.1

6. When evolution and biotechnologies collide