比勒索病毒传播还快！Cas9武器迅速改变种群特征，以后也许再也不怕蚊子啦！

今天我们一起来看一篇非常有意思的文章，如何利用Cas9工具迅速将整个种群的性状都进行修改。

这一系统被称为“Synthetic gene drive systems ”（合成基因驱动系统），合成基因驱动系统可以通过改变野生种群的性状来解决不同的生态问题。这些方法不是通过改善生物体的生殖适应性来进行扩展，而是通过增加它们自身将被遗传的可能性。由于这种遗传优势可以克服相应的适应性（Fitness）成本，所以这些遗传因素在理论上能够传递很多代。

其实，合成基因系统在自然界中已经非常普遍，通过切割不含有它们的同源染色体来传播相应的基因元件，从而诱导细胞修复过程，通过同源重组将其复制到损伤的染色体上。这个过程被称为“归巢”。最好的归巢内切核酸酶基因是I-SceI，其产物切割编码酿酒酵母线粒体的大rRNA亚基的基因。大多数归巢的核酸内切酶是非常有效的，例如，I-SceI正确复制99％代。

奥斯汀·伯特（Austin Burt）在2003年提出，归巢内切核酸酶可能构成可以改变野生动物种群特定基因传播的基础。随后证实I-SceI内切核酸酶基因在转基因蚊子和果蝇表现出归巢，其中将I-SceI识别位点插入与I-SceI基因相同的位点处的受体菌株供体菌株。然而，I-SecI特定的序列要求，限制了其应用的广泛性。 

科学家们在前面的工作中概述了CRISPR-Cas9系统驱动来改变野生种群的潜力。还描述了可以与这种系统一起使用的分子限制方法，同时呼吁进行公众讨论和监管改革。在这篇文章中，科学家们通过构建用于酿酒酵母的多个CRISPR-Cas9 RNA基因驱动系统验证相应的假设。

为了测量酵母中gRNA指导基因驱动的效率，科学家们使用编码磷酸核糖基氨基咪唑的ADE2基因作为marker。

具有野生型ADE2的细胞是奶油色的，而ade2突变体是红色的。如果红色ade2单倍体与奶油色野生型单倍体交配，则所得杂合二倍体继承ADE2的一个功能性拷贝，并且是奶油色的。当这些二倍体经过减数分裂并通过孢子形成繁殖时，一半的单倍体继承突变的拷贝并且是红色的;另一半继承了完整的未修改的副本，并且是奶油色的。过将靶向野生型ADE2的guide RNA插入到野生型ADE2基因座中，使得ADE2功能被破坏并去除靶位点，然后在质粒上表达cas9，从而将cas9和guide RNA 分类开，构建了分裂的CRISPR-Cas9基因驱动系统。然后将这些红色ade2 :: sgRNA单倍体与存在或不存在Cas9质粒的相反交配型的野生型酵母配对，并检查所得二倍体菌落的颜色以检查基因驱动。当存在Cas9质粒时，超过99％的二倍体菌落为红色，表明可以高效切割野生型亲本遗传的ADE2基因。在没有Cas9编码质粒的情况下，则没有观察到任何红色的二倍体菌落，验证了sgRNA仅驱动器限制的有效性。

通过将gRNA和Cas9进行分开表达，从而可以有效地控制种群传播的危险。

可以看到，利用这一系统，可以迅速的在种群中普及相应的基因元件，在这将对迅速改变种群治疗模型具有非常显著的特征。

尤其是在当今Zika传播的 环境下，这一技术对于蚊子等改造具有深远的前景。

BioGeek_Syngentech

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