伊麗莎白·科爾伯特 邢瑋

“ 飛入尋常百姓家”的基因?qū)嶒?

北歐神話中，奧丁是眾神之王。他以一只眼睛為代價，換取了無上的智慧。他神通廣大，從喚醒死者到平息風暴，從治療疾病到奪走敵人的光明，無所不能。他時常會幻化成動物。有一次，他變成了蛇，獲得了寫詩的靈感。后來，他在不經(jīng)意間，又將這一靈感傳給了人類。

加州奧克蘭市的奧丁公司專門銷售基因編輯工具。創(chuàng)始人喬賽亞·贊內(nèi)爾在基因編輯界頗有名氣，主要是因為他喜歡做一些博眼球的事情，比如以自己的皮膚為原材料，制造熒光蛋白質(zhì)。還有一次，他為了變強壯，不惜抑制自己身上的一種基因，但并未成功。贊內(nèi)爾自稱是基因設(shè)計師。他的目標是為大眾提供改變生命的工具。

奧丁公司推出了許多產(chǎn)品，從4美元的酒杯到近2000美元的工具包，應有盡有。最貴的工具包里有離心機、聚合酶鏈式反應機和凝膠電泳儀。我挑選了一款名為“細菌CRISPR和熒光酵母組合工具包”的中等價位產(chǎn)品。付款后，我收到了一個大紙箱，上面印有公司的標志：一個由雙螺旋組成的圓圈，圓圈中間是一棵盤根錯節(jié)的樹。這棵樹八成是北歐神話中支撐宇宙的世界樹。紙箱里的微量吸管、皮氏培養(yǎng)皿、一次性手套、大腸桿菌試劑瓶等工具，足以讓我改變大腸桿菌的基因組。

基因工程早已不是什么新鮮事物了。1973年，首個轉(zhuǎn)基因細菌問世。隔年出現(xiàn)了首只轉(zhuǎn)基因老鼠。1983年則有了轉(zhuǎn)基因煙草。1994年，一款名為“莎弗番茄”的轉(zhuǎn)基因番茄開始在市場銷售，但卻遭遇滑鐵盧，幾年后就停產(chǎn)了。轉(zhuǎn)基因玉米和大豆也差不多在同一時間問世，如今已經(jīng)變得相當普遍。

近十年，基因工程有了不小的發(fā)展，這都得益于CRISPR（成簇的規(guī)律間隔的短回文重復序列）技術(shù)。從細菌中發(fā)現(xiàn)這一寶藏后，科研人員調(diào)整基因的難度一下子降低了許多。他們可以借助CRISPR，剪切一段基因，讓原先的基因序列失效，或用一段新的基因替換原先的基因。

CRISPR為研究提供了無限可能。生物學家借此技術(shù)，創(chuàng)造了沒有嗅覺的老鼠、超級強壯的比格獵犬、對豬瘟免疫的豬、有睡眠障礙的獼猴、不含咖啡因的咖啡豆、無法產(chǎn)卵的鮭魚和不會長胖的豬。兩年前，中國科學家賀建奎基因編輯了一對孿生女嬰，這是全世界首例對人類進行的基因編輯實驗。他稱自己調(diào)整了這兩名女嬰的基因，二人因此對艾滋病免疫。不過，她們是否真的對艾滋病免疫，還是未知數(shù)。賀建奎因基因編輯嬰兒，被開除教職，獲有期徒刑三年。

根據(jù)奧丁公司的實驗指南，我用一周的時間創(chuàng)造了新的微生物。在培育了一培養(yǎng)皿的大腸桿菌后，我將試劑瓶里的各種蛋白質(zhì)和DNA倒入培養(yǎng)皿，成功地將大腸桿菌基因組中的腺嘌呤置換為了胞嘧啶。此番調(diào)整后，培養(yǎng)皿里的大腸桿菌就不會再怕鏈霉素這種抗生素了。這聽上去有些瘆人，但我還是獲得了不小的成就感。下一步，我該做工具包的第二項實驗了：將水母的基因插入酵母的基因組，讓酵母發(fā)光。

CRISPR技術(shù)可以幫助我們剪切一段基因，讓原先的基因序列失效，或用一段新的基因替換原先的基因。

體型增大、無法產(chǎn)卵的鮭魚（上）

不長角的牛（右）

對豬瘟免疫的豬

超級強壯的比格獵犬（左）

開花更快、果實更大的地櫻桃（右）

泛濫成災的甘蔗蟾蜍

位于吉朗市的澳大利亞疾病預防中心是世界頂尖的生物安全實驗室。防控中心有兩層大門，第二層門異常堅固，足以預防卡車炸彈襲擊。此外，防控中心內(nèi)部有520扇氣閘門。根據(jù)實驗功能，實驗室被分為四個安全等級，數(shù)字越高，安全等級越高。工作人員開玩笑說：“要是世界被僵尸占領(lǐng)了，躲到這里最安全。”

防控中心的四級實驗室有一些試劑瓶，里面裝著世界上最難纏的動物源病原體，其中包括埃博拉病毒。工作人員進入四級實驗室，不得穿自己的衣物，并且出來后，至少要沖三分鐘的澡，才能回家。至于防控中心的動物，這輩子也無法走出大門。工作人員說：“它們走出這里的唯一方式，就是被焚化爐燒成灰以后運出去?！?/p>

防控中心正在開展一項甘蔗蟾蜍——地球上體型最大的蟾蜍——的基因編輯實驗。人們當初將它引入澳大利亞，主要是為了對付害蟲，但沒過多久，甘蔗蟾蜍就泛濫成災，引發(fā)了生態(tài)災難。防控中心的研究員希望借助CRISPR技術(shù)，解決這一難題。

分子生物學家馬克·蒂澤德是甘蔗蟾蜍基因編輯項目的負責人，在研究兩棲動物以前主研家禽。幾年前，他和中心的幾位同事將水母的基因植入母雞。在紫外線燈的照射下，獲此基因的母雞會發(fā)出詭異的光芒。接著，蒂澤德調(diào)整操作方法，確保這一熒光基因只能傳給雄性后代。如此一來，母雞下的蛋還未孵化，就可以借紫外線燈判斷小雞的性別。蒂澤德知道很多人對這樣的實驗犯怵，更別說吃基因改造過的動物了。小朋友看到發(fā)光的母雞，倒是覺得非常有趣。有的還說：“太酷了吧！我要是吃了這只雞，是不是也可以發(fā)光？”蒂澤德回答：“你肯定沒少吃雞肉吧？但你也沒長雞毛啊！”

蒂澤德說：“在澳大利亞，桉樹、考拉、笑翠鳥等動植物的基因組一直在相互影響。突然，甘蔗蟾蜍來了。這一全新的基因組一聲招呼也不打，就摻和到了原先的這些基因組中間，給不少基因組帶來了滅頂之災。大眾并未意識到，我們的環(huán)境在基因?qū)用嬉呀?jīng)發(fā)生了巨變?！蓖鈦砦锓N會帶來全新的基因組，而基因工程師調(diào)整的只是小段的基因。

甘蔗蟾蜍的個頭很大，美國地質(zhì)勘探局稱，“行人常將路邊的甘蔗蟾蜍錯認為大石頭?！贝蟮母收狍蛤?，長度可達38厘米，重量可達5.5斤，和胖乎乎的奇瓦瓦犬不相上下。這種蟾蜍基本上什么都吃，老鼠、狗糧甚至同類，它們都會毫不猶豫地塞進口中，只要嘴巴裝得下。

澳大利亞昆士蘭北部種植的重要外來經(jīng)濟作物甘蔗深受甲蟲之苦，當?shù)厝讼虢梵蛤艹艏紫x。于是，102只甘蔗蟾蜍——這一源自南美洲、中美洲，以及得克薩斯州最南端的物種——幾經(jīng)輾轉(zhuǎn)，終于在1935年登上了一艘駛往澳大利亞的汽輪。其中，101只活了下來，被送到了當?shù)氐囊患覍嶒灮?。不到一年的時間，它們的產(chǎn)卵數(shù)量就超過了1500萬。之后，基地將孵化出的小蟾蜍送往當?shù)氐某靥梁秃恿鳌?/p>

甘蔗蟾蜍并沒有幫助當?shù)厝私鉀Q甲蟲。它們的身子跟石塊一樣笨重，要想蹦起來抓甘蔗上面的甲蟲太難了，但它們并沒有餓肚子。這片土地根本不缺吃的。甘蔗蟾蜍一邊吃，一邊大量繁衍后代，以昆士蘭海岸為根據(jù)地，同時向北部的約克角半島和南部的新南威爾士州進發(fā)。上世紀80年代，甘蔗蟾蜍侵入了澳大利亞的北部地區(qū)。2005年，達爾文市附近的米德爾波特也出現(xiàn)了它們的身影。

甘蔗蟾蜍擴張版圖的過程中，有一件耐人尋味的事情。初期，甘蔗蟾蜍擴張的速度為每年9.6公里，但后來提升到了每年19.3公里，在到達米德爾波特以后，更是提升至每年48.2公里。科研人員最終在“前線”找到了答案，那里的甘蔗蟾蜍，腿比昆士蘭的長許多，并且這一特性是可以遺傳的。

人們厭惡這種蟾蜍，與它們又大又丑脫不了干系，但它們還有一個更令人討厭的特點：有毒。甘蔗蟾蜍受到威脅后，會釋放有毒的乳白色液體。狗常常會中這種毒，癥狀從口吐白沫到心臟停搏，都有可能。有人甚至糊涂到拿甘蔗蟾蜍當食物。

澳大利亞本身沒有蟾蜍，更別提有毒的蟾蜍了。因此，當?shù)氐奈锓N根本沒有對付這一外來物種的本領(lǐng)。甘蔗蟾蜍的故事與亞洲鯉魚的故事如出一轍，又或者說，恰好相反。亞洲鯉魚嚴重危害了美國的生態(tài)環(huán)境，主要是因為沒有動物吃它們;甘蔗蟾蜍把澳大利亞弄得天翻地覆，則主要是因為許多動物會無所顧忌地吃它們。澳大利亞的不少物種數(shù)量銳減，就是因為它們吃甘蔗蟾蜍，其中就包括淡水鱷、黃斑巨蜥、藍舌蜥蜴、澳洲水蜥蜴、南部棘蛇、棕伊澳蛇和北部袋鼬。

澳大利亞人為了控制甘蔗蟾蜍的數(shù)量，高明的、不高明的辦法都用上了?！绑蛤芙K結(jié)者”是一種專門針對甘蔗蟾蜍研發(fā)的陷阱，上面裝有便攜式揚聲器，會播放蟾蜍的叫聲。昆士蘭大學研發(fā)了一種誘餌，甘蔗蟾蜍的蝌蚪一旦上鉤，就會丟掉小命。民眾則會用氣槍射擊甘蔗蟾蜍，或者專門開車從它們身上碾過去。

用基因編輯技術(shù)對付外來物種

有一次蒂澤德參加會議，旁邊剛好坐了一位兩棲動物專家。這位專家提到了可恨的甘蔗蟾蜍。蒂澤德回憶道：“打那時起，我就開始思考了。蟾蜍毒素是由代謝途徑產(chǎn)生的，也就是酶，而酶的特性是由基因編碼決定的。這樣一想，問題就簡單多了。我們要是能破壞毒素對應的基因，或許就能解決這一難題。”

此前，沒有人基因編輯過甘蔗蟾蜍。防控中心的博士后凱特琳·庫珀是“第一個吃螃蟹的人”。她把甘蔗蟾蜍的卵子清洗干凈，隨后將極細的吸量管刺入卵子，速度要快，否則細胞一旦分裂，就前功盡棄。接下來，庫珀試圖破壞蟾蜍的毒素基因。她利用CRISPR技術(shù)，剪去了卵子中對應蟾蜍毒素的水解酶基因。蟾蜍孵化出來以后，毒性確實有所降低。庫珀還跟我提到，甘蔗蟾蜍的卵子外有一層凝膠外衣，她要是能對凝膠外衣的基因動一些手腳，或許能讓卵子無法受精。

我們在學校里學到的基因遺傳知識，有點像擲骰子。一個人從媽媽那里繼承了A，從爸爸那里繼承了A的等位基因A1。他的后代擁有A還是A1，概率均等。但實際上，概率在很多情況下都不均等，有的基因就是比別的基因強勢。生物學家稱這種現(xiàn)象為“基因驅(qū)動”。許多物種都擁有強勢基因，蚊子、旅鼠和面粉甲蟲就屬此類。最霸道的基因往往很難察覺，因為替代品已經(jīng)被它們淘汰了。

上世紀60年代，生物學家開始研究基因驅(qū)動。多虧了起源于細菌研究的CRISPR技術(shù)，他們可以人為地制造基因驅(qū)動。CRISPR相當于細菌的免疫系統(tǒng)，細菌被病毒入侵后，會存儲小段的病毒基因。如此一來，病毒就上了細菌的黑名單。同一病毒再次入侵時，細菌會釋放Cas（CRISPR關(guān)聯(lián)基因）酶。面對病毒基因，Cas酶會像微小的匕首一般，精準地刺入基因的關(guān)鍵部位，讓病毒失效。

基因工程師借助CRISPR/Cas技術(shù)，可隨心所欲地剪切基因序列。此外，他們還可以插入新的基因。我能將大腸桿菌基因組中的腺嘌呤置換為胞嘧啶，用的就是這一技術(shù)。

2015年，哈佛大學的研究團隊宣稱，他們利用該技術(shù)合成了一種酵母的強勢基因。一開始，酵母有奶油色和紅色兩種。在基因驅(qū)動的推動下，幾代以后，酵母都變成了紅色。數(shù)月后，加州大學圣地亞哥分校的研究團隊人工合成了一種強勢基因。在這種基因的驅(qū)動下，果蠅會患上白化病。棕色果蠅被他們基因編輯后會變成黃色。七個月后，該研究團隊與其他團隊合作，創(chuàng)造了消滅瘧蚊的基因驅(qū)動，而瘧蚊正是瘧疾的傳播者。

人類不僅在改變物種進化的外部環(huán)境，同時也在改變基因本身。

如果說CRISPR賦予了人類“重寫生命分子的能力”，那么人工合成的強勢基因?qū)手笖?shù)地增強這一能力。假設(shè)一下，研究團隊將實驗室的果蠅放出去，會發(fā)生什么事？這些果蠅出去后和垃圾堆的果蠅交配，會繁殖出黃色的果蠅后代。這些后代如果能順利活下去，并和其它果蠅交配，黃色的強勢基因就會勢不可擋地傳播出去。從加州到墨西哥灣，最終都會變成黃色果蠅的天下。

這一假設(shè)的重點并不在于顏色，而在于人類可以借助基因驅(qū)動，讓遺傳的天平偏向任意一種基因。由此推斷，科研人員既然可以破壞甘蔗蟾蜍的毒素基因，也能將毒素基因轉(zhuǎn)化為強勢基因，從而讓這種基因在甘蔗蟾蜍中傳播。全球變暖背景下，他們也可以為珊瑚合成一種耐熱的強勢基因，而后通過基因驅(qū)動，擴散到世界各個角落。如此一來，珊瑚就可以繼續(xù)生存下去了。

如今，人類與自然界的界限本身就非常模糊。在人造基因驅(qū)動的推動下，這一界限將徹底消失。人類不僅在改變物種進化的外部環(huán)境，同時也在改變基因本身。

奧丁還是洛基？

支持基因編輯的人，理由很簡單：人類要對付甘蔗蟾蜍、家鼠等物種，除了基因編輯外，沒有更好的方法。人類如果不使用基因編輯的手段，以坎島鴨為代表的上千個物種將走向滅亡。反對者則表示，基因編輯是反自然的，但拒絕基因編輯并不能拯救自然。蒂澤德指出，我們一直都在搬運基因，并且經(jīng)常是在搬運完整的基因組，甘蔗蟾蜍和亞洲鯉魚就是明證。如果我們能夠調(diào)整一小段基因，更正先前的謬誤，為何不做呢？

1969年，《全球概覽》的編輯斯圖爾德·布蘭特寫道：“我們越來越像神明了，我們也確實有可能用我們的神力做一些善事?！敝С终哒J為，人類可以借助基因編輯，扮演好神明的角色，拯救瀕危物種。

然而，反對者的理由也非常具有說服力。他們稱生物干預常常幫倒忙，甘蔗蟾蜍就是好心辦壞事的典型代表?；蚓庉嫳举|(zhì)上也是生物干預。上世紀30年代，夏威夷人為了裝飾花園，引入了非洲大蝸牛。50年代，夏威夷農(nóng)業(yè)部為了對付泛濫成災的非洲大蝸牛，又引入了會吞食其他種類蝸牛的狼蝸。但狼蝸到了以后，不但沒有吃非洲大蝸牛，還把十幾種當?shù)靥赜械男∥伵３怨饬恕Ｓ蒙飳W家E.O.威爾遜的話講，這引發(fā)了一場“雪崩”。

有了基因編輯和人工合成基因驅(qū)動，遺傳規(guī)律還重要嗎？

談起布蘭特的名言，威爾遜說：“我們并非神明，我們的感知力和智慧都非常有限?！庇骷冶Ａ_·金斯諾思則是這樣講的：“我們是神明不假，但我們是糟糕的神明……我們是‘惡作劇之神洛基，以破壞美好的事物為樂;我們是克洛諾斯，吃掉了自己的孩子?！?/p>

[編譯自美國《紐約客》]

編輯：要媛