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劲然是这样|曾斯劲:抗击虫灾 基因编辑是利器

自古以来,蝗虫、苍蝇、蚊子等等害虫为人类带来了巨大的伤害,而人类也经常拿它们没有办法。然而科学的发展带来了一个全新的武器——基因编辑,或许可以一劳永逸的解决虫害。

在虫灾那篇文章里,我大略提到了基因编辑技术是可以解决虫灾的。读了我文章的学生就有了新的疑问:“老师,基因编辑是什么?怎样解决虫灾?”

这其实包含了2件事情需要厘清,我就从基因编辑这部分先说起。基因编辑技术是一种革命性的生物技术,可以精确地修改生物体的基因组,从而实现对生物特征的调控和改变。自20世纪初以来,基因编辑技术已经经历了多次革命性的进步,使得基因编辑变得更加高效、精准和更具有经济效应。其原理是基于对生物体内特定基因的定点修改。

CRISPR 基因编辑

CRISPR-Cas9系统是目前最为流行的基因编辑工具之一。其原理是利用CRISPR(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)序列与Cas9(CRISPR-associated protein 9)蛋白相结合,形成一种基因组编辑复合物。这基因编辑复合物在生物行业可说是颠覆的存在,这物质可以在目标基因的特定位置产生双链切割。简单来说就是可以切开我们原本无法简单下手的基因,当切开后基因那里就会引发自然的修复机制,基因会自我修复。利用细胞的修复机制,科学家就可以实现对目标基因的删除、替换或插入。因为CRISPR-Cas9的研发,人类现在已经大量使用在各个生物的基因编辑,促成了转基因生物 (transgenic organism)的出现。

既然我们知道了基因编辑技术的基本逻辑,那科学家如何用来解决虫灾?主要的解决思路就是改变昆虫的生活方式。打个比方说通过基因编辑来改变昆虫的行为,使其不再具有攻击农作物的倾向,或者改变其在农田中的行为模式,以减少对农作物的损害。科学家也可以引入厌食基因。当厌食相关基因被引入昆虫,这会使昆虫对某些农作物或者特定的植物化合物产生厌恶反应,从而降低对这些作物的危害。在一些实验室的研究里,我甚至有找到编辑昆虫的消化相关基因的研究记录。当消化系统的运作逻辑被改变后,农作物的主要组成部分就可能无法被顺利消化,从而减少对农作物的摄食。

虽然基因编辑是应对虫灾的好工具,可是在这么做的同时,也必须考虑到这对生态环境的影响,通过充分的评估和研究,来避免潜在的负面影响。(图:Canva)

昆虫改造 杜绝虫灾

除了生活面的基因编辑,有些科学家会针对昆虫的结构做出编辑。例如改变翅膀发育,编辑昆虫的翅膀发育相关基因。这使昆虫无法正常飞行或者降低飞行能力,从而减少其在农田中的活动范围。此外,针对会把特定植物疾病带给植物的昆虫品种,编辑昆虫与病原体相互作用的基因也是可能的方法之一。这可以阻断病原体在昆虫体内的繁殖和传播过程,从而减少疾病在农田中的传播。

此外,科学家也可以通过基因编辑技术,调整昆虫的生育能力,使其不能繁殖或者减少繁殖率,从而控制害虫数量。其中,基因沉默这个在基因学里很普遍应用的基因突变法,在昆虫的基因编辑上也十分好用。利用CRISPR-Cas9等技术,科学家可以针对影响昆虫生殖的基因作沉默或突变,从而减少其生育能力。有些昆虫或许一出生到世界上,就已经是不育的了。除了不育,控制生殖细胞发育也是方法之一。基因编辑了生殖细胞发展相关的基因后,这或许就能干扰或阻止昆虫的生殖细胞的正常发育,从而阻断繁殖过程。

虽然基因编辑解决虫灾可以更快速更精准地解决问题,人类还是得需要考虑生态友好性,避免对生态系统造成负面影响。因此,研究人员在基因编辑时需要充分的风险评估和生态效应评估,确保改变不会对非目标物种或者生态系统造成不良影响。应用过程中需要谨慎考虑,并且需要综合考虑科学、伦理和生态方面的因素,确保技术的安全性和有效性。

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