改變一個基因，傳播到整個種群

只需改變一個基因，修改過程就不停地持續下去，直到所有的類似的基因都被修改。這種過程如同連鎖反應一樣，被修改的基因會一代又一代地傳下去，直到散布到整個種群。

這不是天方夜譚，也不是科幻大片，而是利用一種最新的基因技術來實現的。這種技術叫做CRISPR/Cas9系統，是目前基因工程學中最為耀眼的新技術，其研發者已經獲得了2015年生命科學突破獎。

CRISPR/Cas9系統最初是從某些細菌身上發現的，它是細菌用來對付入侵病毒的。後來研究人員發現，這種系統可以用來修改某些基因。

變異連鎖反應

CRISPR/Cas9系統其實很好理解。它是一個特殊的RNA分子來匹配DNA中一個特定位置的鹼基。一旦匹配完成，這個RNA會在這裡把DNA剪切掉，使得染色體發生斷裂。但一般細胞具有修復這種斷裂的能力，它會尋找看起來差不多的序列來修復這種斷裂。如果你給細胞一些類似的DNA，那麼細胞會把你提供的DNA安裝在斷裂處。因此，通過提供不同的DNA來去修復斷裂處，你就可以做到修改鹼基對，刪除某段序列，或者加入整段新的基因等等。這樣，修復的DNA已不是原來的DNA了。

例如，你可以用它來清除掉某個基因，這樣你就可以來研究生物缺少這種基因會發生什麼。當然，也可以用新的基因來代替原來的基因，例如，你可以把能產生綠色螢光蛋白質的基因編入到染色體裡，這樣這種生物就會發出綠光。

總之，CRISPR/Cas9系統可以讓你把任何一段DNA加入到基因組中的任何位置。所以目前來說，這是個修改基因的完美手段。

不過，許多動物都有兩套形態和結構基本相同的染色體（稱為同源染色體），一個動物只會把自己一半的基因傳到下一代。如果你使得動物兩套同源染色體中都具有修改基因，即具有純合的修改基因，那麼下一代就肯定具有這種修改基因了。那麼你怎麼做呢？如果一雄一雌兩個動物，每一個都有一個修改的基因，然後讓它們繁殖後代，那麼下一代中有1/4的動物會具有純合的修改基因。

為了得到具有純合的修改基因，使用這種繁殖過程過於緩慢。美國加州大學聖地牙哥分校的研究人員用果蠅做實驗，設計了一種辦法，把任務全部交給CRISPR/Cas9系統。他們所提供的DNA樣板略複雜一些，它除了原來的基因以外，還包含可以使CRISPR/Cas9系統發揮作用的基因。這樣，一旦把需要加入染色體的DNA注射到果蠅胚胎中時，原來的基因就被這種新的基因替換掉。並且，這個新的基因會把另一條染色體中的基因也修改掉，使得這種動物的兩套染色體都具有純合的新的基因。

關鍵的是下一代身上會發生什麼。從理論上來說，即使下一代身上只有一條修改過的新基因，但這個新基因也會立刻把另一個染色體中的基因修改掉，所以最終結果是下一代都具有了純合的新的基因。研究人員也證實，經過CRISPR/Cas9系統修改過的果蠅，97%的下一代都具有了純合的新的基因。

這就是說，沒有什麼可以阻止這種變異基因擴散到整個種群。

風險與好處

聽起來這種技術很厲害，但它也具有很大的危險性。

這個最新的基因修改技術帶來了一個巨大的風險——如果得不到有效控制的話，這些新的變異基因就有可能散布到整個野生種群之中。

好在研究人員知道這個潛在的危險性。他們是在具有三層防護的隔離設備裡飼養果蠅的。如果不再需要這些果蠅，研究人員就會把這些果蠅直接凍死。當然，也還有其他辦法來防止意外發生，例如可以讓這些新的基因包含的CRISPR/Cas9系統是殘缺的，這個殘缺的系統只有在額外供應原料時才可繼續修改其他的基因，這樣就可以隨時停止這種連鎖反應。

一些研究人員建議，科學界應該達成一種協議，即在安全問題得到解決之前，大家應該主動地暫停研究工作，尤其是不要去修改人類的胚胎。但是在當今競爭激烈的時代，是否會達成這種協議還不得而知。

但是，為什麼要冒著很大的風險去研究這種技術呢？因為如果這種技術得到妥善的控制，會給我們帶來很多好處。例如，可以把一個抗蟲或抗旱的非糧食植物迅速轉變為糧食植物；或者把一個病原體的致命基因刪除掉；或釋放一些基因修改過的蚊子，讓它們繁殖，使得這種蚊子體內都不適合瘧原蟲的生長。這樣蚊子就不會傳播疾病了。

總之，人類利用這種技術，就可以把許多夢想變為現實。