基因驱动

基因驱动是一种自然过程和基因工程技术，它通过改变特定等位基因传递给后代的概率（而不是孟德尔的50%概率），在整个群体中传播特定的基因组。

基因驱动可以通过各种机制产生。它们被认为是对特定种群和整个物种进行基因改造的有效手段。

该技术可以采用添加、删除、破坏或修改基因的方式。

拟议的应用包括消灭携带病原体的昆虫（尤其是传播疟疾、登革热和寨卡病原体的蚊子），控制入侵物种，或消除除草剂或杀虫剂的抗性。

与任何潜在的强大技术一样，基因驱动可以以各种方式被滥用，或诱发意想不到的后果。例如，打算只影响一个地方种群的基因驱动可能会蔓延到整个物种。

基因驱动在非本地栖息地消灭入侵物种的种群，可能会对整个物种的种群产生影响，甚至是在其本地栖息地。如果该物种的个体通过自然迁移、环境破坏（风暴、洪水等）、意外的人类运输或有目的的重新安置而意外返回其原始栖息地，如果重新安置的个体携带有害的基因驱动，可能会无意中使该物种走向灭绝。

基因驱动可以由许多自然发生的、使用各种分子机制的自私遗传元素构建。这些自然发生的机制在野外诱发了类似的分离畸变，当等位基因进化出的分子机制使它们的传播机会大于正常的50%时就会产生。

大多数基因驱动是在昆虫中开发的，特别是蚊子，作为控制昆虫传播的病原体的一种方式。最近的发展直接在病毒中设计基因驱动，特别是疱疹病毒。这些病毒的基因驱动可以在病毒种群中传播修饰，旨在降低病毒的感染性。

在有性繁殖的物种中，大多数基因都有两个副本（可以是相同或不同的等位基因），其中任何一个都有50%的机会传给后代。通过改变特定改变基因的遗传性，合成基因驱动可以在群体中传播改变。

在分子水平上，内切酶基因驱动的工作原理是在不编码驱动的特定部位切割染色体，诱导细胞通过将驱动序列复制到受损染色体上来修复损害。然后细胞就有了两个驱动序列的副本。该方法源于基因组编辑技术，并依赖于这样一个事实：双链断裂最常通过同源重组（在有模板的情况下）而不是通过非同源末端连接进行修复。为了实现这一行为，内切酶基因驱动由两个嵌套元素组成：

• 归巢内切酶或RNA引导的内切酶（如Cas9或Cas12a）及其引导RNA，在受体细胞中切割目标序列
• 目标序列被切割后DNA修复机器使用的模板序列。为了实现基因驱动的自我繁殖特性，该修复模板至少包含内切酶序列。因为该模板必须用于修复切割部位的双链断裂，其两侧与宿主基因组中切割部位相邻的序列同源。通过将基因驱动定位于一个基因编码序列，这个基因将被灭活；在基因驱动中可以引入额外的序列来编码新的功能。

因此，基因驱动在基因组中的插入将在每个继承了一个修改副本和一个野生型基因副本的生物体中重新出现。

如果基因驱动已经存在于卵细胞中（例如从父母一方得到的），个体的所有配子都将携带基因驱动（而不是正常基因情况下的50%）。

由于它的频率永远不会超过每一代的两倍，在单个个体中引入的基因驱动通常需要几十代才能影响一个群体的相当一部分。或者，释放足够数量的含有驱动力的生物体可以在几代内影响其余的生物体；例如，通过在每1000个个体中引入它，只需要12-15代就可以在所有个体中出现。基因驱动是否最终会在种群中固定下来，以及以何种速度固定下来，取决于它对个体体能的影响，取决于等位基因转换的速度，以及取决于种群结构。