《竄改基因》：人類是否有權進行基因編輯？

文／奈莎．卡雷(Nessa Carey)

驅向滅亡

隨著最新的基因編輯技術繼續發展，科學家可能設計出更精密的方法來控制蚊子和其他有害昆蟲，這些新方法發展和實施的速度，可能遠比牛津昆蟲技術公司當初創造友善蚊所依賴的技術還要快。

倫敦帝國學院所進行的研究，為此建立了一個迷人的模型。研究團隊研究一種在撒哈拉以南非洲地區很常見的蚊種，這種蚊子是瘧疾的主要病媒蚊。他們利用基因編輯的方式創造出一種非常奇特，在自然界很罕見的現象。從本質上來說，他們顛覆了一項遺傳學的基本原理。

蚊子跟我們一樣，大部分基因擁有兩個複本，分別來自父母雙方。產生精子時，雄蚊體內每個基因都只有一個複本會進入精子，雌蚊產生卵的時候，情形也差不多是這樣。當精卵結合開始發育成新的個體，個體的每個基因便恢復成擁有兩個複本的狀態。

讓我們假想現在有一隻雄蚊，再從牠體內隨機選擇一個基因，這個基因就叫做RANDOM，再讓我們假設RANDOM基因有兩個顏色，可能是紅色，也可能是黃色，至於我們假想的雄蚊，牠的RANDOM基因有一個紅色複本，有一個黃色複本。當這隻假想的雄蚊產生精子，會有一半的精子含有紅色複本，一半的精子含有黃色複本。我們也會預期牠的後代有一半繼承了紅色複本，有一半繼承了黃色複本。這就是所謂的平均律。

讓我們再接著想像，紅色複本是比較少見的複本，也許十隻蚊子裡只有一隻擁有紅色複本，如果這十隻蚊子各有一百隻後代，那麼下一代中，每一千隻蚊子裡只會有五十隻擁有紅色複本。在後續世代裡，紅色複本在族群裡可能永遠不會達到高含量，因為它會持續被黃色複本淹沒。這也是平均律的關係。

但是，如果我們能影響遺傳骰子的滾動，讓紅色複本在每一代都過度表現，進而在族群中達到很高的含量呢？正常狀況下，這只有在相較於黃色複本，紅色複本提供蚊子相當強烈的選汰優勢時才會發生。帝國學院的研究團隊就是做到了這一點。他們發現的方法有利於傳遞一個關鍵基因的某個複本。這表示，他們能夠增加這個複本在蚊子族群裡擴散的速度，使它的含量遠高於平均律的預期結果。這種現象就叫做「基因驅動」。

科學家透過基因編輯做到了這一點，用非常聰明的方式改變蚊子這種關鍵基因的其中一個複本。他們把整個基因編輯卡帶放進蚊子基因體的特定位置，就在一個選定基因的其中一個複本裡。這種蚊子繁殖時，就會把基因編輯卡帶傳給一半的後代。

這塊基因編輯卡帶經過設計，在蚊子後代發育到某個時間點就會啟動，一旦啟動，它會找到繼承自親代另一方的基因複本，把這個基因複本剪下來，再把它變成跟自己一樣的基因複本。其實，這就像是紅色複本去對黃色複本動手腳的意思。擁有這種基因編輯卡帶的蚊子剛出生時，可能各擁有一個紅色和黃色複本，但在發育過程中，這個基因的複本都變成了紅色複本。

一旦發生這種狀況，蚊子族群中這種關鍵基因經過編輯的複本，含量就會高於預期。基因驅動於焉展開。

研究人員的實驗衣袖裡，還藏著另一項乾坤。他們動手改變的基因，是一個很奇特的基因，叫做雙性基因。蚊子擁有一個正常雙性基因複本，和一個經編輯的雙性基因複本時，還是可以正常發育。但是，如果蚊子擁有兩個經過編輯的雙性基因複本，事情就會變得很奇怪。這些個體有一半會發育成非常健康，有生殖能力的雄蚊。另一半則是發育成生殖系統一團亂的雌蚊，牠們同時具備了雄性和雌性的生殖器官，但牠們沒有生殖能力，也無法產生卵子。因為不會產生卵子，所以這些雌蚊不需要吸血，媒介人類疾病的風險也立刻降低了。

就控制蚊子的族群來說，這種基因編輯技術有很多好處。雌蚊不吸血，也沒有生殖能力，而且，這種經過編輯的基因使雌蚊不孕性在族群內傳播的速度比正常狀況快得多。研究人員培育了一個數量安全的蚊子繁殖群，含有三百隻正常雄蚊，一百五十隻正常雌蚊，以及一百五十隻雙性基因複本分別是正常複本和編輯複本的雄蚊。然後透過數學模型來預測雙性基因編輯複本在族群裡的傳播情形，以及對蚊子生殖力所造成的影響，預測結果顯示在九到十三代的時間內，這個族群就會崩潰。針對這個實驗進行多次獨立試驗，實際結果顯示，族群崩潰的時間都在數學模型預測的時間範圍內。

這些實驗結果未必代表在自然界也會看到如此劇烈的影響。只有一個雙性基因編輯複本的蚊子，可能具備一些意料之外的弱點，而這些弱點只有在激烈又複雜的競爭環境下才會顯現出來。未來還要進行大規模的田間試驗，但這個方法極有可能同樣適用其他有害昆蟲。

「能做」代表「該做」嗎？

透過基因驅動來消滅蚊子是一個例子，說明在生態系的層級上也可以進行科學干預。令人擔心的是，試圖用這種方法來控制人類不喜歡的物種，經常強調了一種叫做「非意圖結果」的現象。

從一九四○到一九七○年代，DDT殺蟲劑的廣泛濫用，幾乎帶來一場環境災難。DDT的效用非常廣泛，會造成許多不同種昆蟲大量死亡，食物網嚴重扭曲，還造成鳥類族群崩潰，尤其是位在鳥類食物鏈頂端的猛禽。

最近，蜜蜂這類的授粉昆蟲數量大幅減少，可能和新菸鹼類殺蟲劑的使用有關。如今，歐洲食品安全局對這類化合物的使用進行嚴格控制。

當我們把化學藥品引入環境當中，不是只有化學藥品會造成問題而已。一九三五年，澳洲將三千隻蔗蟾釋放到野外，目的是為了控制會損害甘蔗的甘蔗甲蟲。蔗蟾是南美洲的本土物種，但非常適應牠們的澳洲新家。對任何可能想把蔗蟾吃下肚的動物來說，蔗蟾是有毒的，而澳洲有相當大量的無脊椎動物很合蔗蟾的胃口，諷刺的是，甘蔗甲蟲並不在蔗蟾的菜單上。現在，澳洲有數百萬隻蔗蟾，牠們正在破壞許多脆弱又獨特的生態系。

說到處理這種狀況，當然有成功的案例，尤其是控制所謂的入侵種。從國外引入，在澳洲大肆猖獗的仙人掌（prickly pear）之所以受到控制，是因為引入了一種特別愛吃這種仙人掌的蛾類。二十世紀中期，美國有將近二十萬公頃的農地飽受金絲桃蔓延之苦，這種植物從未出現在美國的自然環境裡。多虧了從澳洲引入的甲蟲，如今美國的金絲桃幾乎完全絕跡。

問題在於，我們通常是在執行干預措施之後，才有辦法全面了解生態系受到的影響。如果利用基因編輯來造成蚊子族群崩潰，可能會有什麼後果？會不會導致蚊子的天敵，如蜻蜓和蝙蝠，數量大幅下降？會不會造成其他種類的蚊子或昆蟲擴張牠們的勢力範圍，占據這個新騰出來的空缺，進而帶來其他不同的病媒生物？某些種類的蝙蝠是重要的植物授粉者（如果你喜歡喝龍舌蘭酒，就得感謝幫龍舌蘭授粉的蝙蝠），所以，當蝙蝠族群受到干擾，可能在重要的作物上產生意料之外的連鎖反應。

當然，各位對這件事情的看法可能會因為你所居住的區域和所接觸到的疾病有關。如果你住在溫帶地區，比起生活在會因為瘧疾而失去家人的熱帶地區，蝙蝠數量驟減對你造成的影響可能比較大。

透過基因編輯而實現的基因驅動技術之所以吸引人，是因為只要引入一次，基因就可以快速地在族群中傳播，因此有些贊助者願意在這個領域砸下重金。比爾與美琳達·蓋茲基金會在這些技術上已經投資七千五百萬美元，而美國國防高等研究計劃署也已經傾注一億美元。但基因驅動技術造成基因的快速傳播和持久存在，正是我們該擔心的地方。經過基因編輯的蚊子一旦到了野外，想把牠們放回試管裡可是萬分困難。

●本文摘自 貓頭鷹出版社 出版之《竄改基因》。