基因驅動通過遺傳工程在少數個體中創造出理想的基因突變，然後通過交配可以在不到10代將這個突變傳播到整個種群 。
理論上，這種機制可以用來防止攜帶瘧疾蚊子傳播疾病，或者可能通過破壞入侵物種的繁殖能力來消滅它。
雖然科學家們已經在實驗室裡成功地證明了這一概念，但他們發現野生種群總是適應併產生對此產生抵抗力。 當基因驅動發揮作用時，它們要麼全部或沒有---- 沒有細微差別---- 它們傳播到所有個體，這可能是一個缺點。
康奈爾大學的一項研究，“A Toxin-Antidote CRISPR Gene Drive System for Regional Population Modification”發表在2月27日的《Nature Communications》雜誌上，描述了一種新型的基因驅動，有可能延緩抵抗力。這種方法也可以應用於區域群體，限制其擴散到其他群體產生不良影響。
這篇論文的第一作者，計算生物學的助理教授 Philipp Messer 說: “這是我們開發新的基因驅動在一定程度上解決的兩個問題。
在一種被稱為歸巢驅動的經典基因驅動中，一個後代從母親那裡繼承一組基因（或者說基因組），從父親那裡繼承另一組基因。 如果一個後代繼承的來自父母的基因組只有一方有驅動的基因，而另一方沒有驅動的基因，驅動就會自我複製到沒有驅動的父母一方的基因組中。
Messer說: “現在這個個體的兩個基因組都具有這種驅動力，它將把這種驅動力傳遞給每一個後代。”。
新的驅動是使用 CRISPR-Cas9基因編輯技術設計的，因此當驅動自我複製到一個新的基因組中時，CRISPR在沒有驅動器的情況將染色體切開，並粘貼新的遺傳密碼。 但有時候，細胞會修復切口，並隨機刪除 DNA 字母。 當這種情況發生時，CRISPR 基因驅動不能找到它識別的基因序列來進行切割，從而產生抗性並阻止基因驅動擴散。
自然的遺傳變異導致的DNA 序列變化也能產生抗藥性，因為 CRISPR 基因驅動必須識別短的基因序列才能進行切割。
Messer說: “我們是第一批證明這是一個重大問題的實驗室之一。”。
這篇論文描述了一種新的基因驅動，稱為 TARE (Toxin-Antidote Recessive Embryo) ，它通過靶向一個對生物機能至關重要的基因來工作。 與此同時，有機體只需要這種基因的一個完整拷貝就可以存活。 與歸巢驅動器所做的剪切和粘貼 DNA 不同，TARE驅動器只是簡單地剪切另一個親本的基因，使其失去功能。
同時，經過改造的 TARE 驅動基因的 DNA 序列已經被重新編碼，這個基因可以工作，但不會被後代識別或刪除。 如果一個後代繼承了兩個缺陷基因，這些個體將無法存活，從而從種群中消除這些基因拷貝。 與此同時，隨著可存活個體的交配，越來越多存活的後代將攜帶 TARE 驅動的基因。
僅僅幾個有歸巢驅動力的個體就可以在整個種群中傳播一種性狀。 另一方面，TARE驅動不會將驅動複製粘貼到目標基因中，而是破壞後代中的一個目標基因拷貝。正因為如此，驅動需要更高頻率的基因工程個體在種群中傳播。 由於這個原因，TARE不太可能從一個不同的種群轉移到另一個種群。
在實驗室實驗中，當攜帶TARE基因驅動的果蠅被放入野生型果蠅籠中時，僅經過六代籠中所有果蠅都攜帶TARE驅動。
研究人員指出，在野外，抵抗力的確可以隨著TARE驅動變化而進化，特別是在非常大的種群中，但他們相信抵抗力的進化時間會更長，而且進化的速度會低得多。
Jackson Champer et al. A toxin-antidote CRISPR gene drive system for regional population modification, Nature Communications (2020). DOI: 10.1038/s41467-020-14960-3
新聞報道：
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-03/cu-icg030320.php
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