基因剪辑现在可以永远改变整个种群
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0:01 - 0:03这是一个有关于基因驱动的演讲,
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0:03 - 0:06但首先我先讲一个小故事。
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0:07 - 0:1020年前,一位名为安东尼·詹姆斯的
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0:10 - 0:12生物学家正致力于培育不会传播
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0:12 - 0:15疟疾的蚊子。
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0:16 - 0:20想法很好,但是结果是失败的。
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0:21 - 0:23首先,让蚊子不携带疟疾
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0:23 - 0:25是非常困难的。
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0:26 - 0:30最终,詹姆斯在几年之前
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0:30 - 0:32利用添加基因的方式才使
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0:32 - 0:35蚊子抵抗疟原虫的寄生成为可能。
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0:36 - 0:37但是接下来还有一个问题。
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0:38 - 0:41我们有了抵抗疟疾的蚊子,
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0:41 - 0:44要如何替换那些携带疟疾的蚊子呢?
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0:46 - 0:48有很多方案,
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0:48 - 0:50方案一主要依靠培育的办法,
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0:50 - 0:53向大自然中释放一群新型的
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0:53 - 0:54经过基因改造的蚊子,
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0:54 - 0:56寄希望于它们大量繁殖,
稀释原来的基因。 -
0:57 - 0:59可是问题在于差不多要释放
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0:59 - 1:0310倍于原来蚊子数量的
转基因蚊子才有效果。 -
1:03 - 1:05如果一个小镇上有一万只蚊子,
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1:05 - 1:07就要释放十万只转基因蚊子。
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1:08 - 1:09可以想象
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1:09 - 1:12小镇村民肯定不会接受这个方案。
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1:12 - 1:13(笑声)
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1:15 - 1:19后来,今年一月的时候,
安东尼詹姆斯收到了一封来自于 -
1:19 - 1:21一名叫伊森比尔的生物学家的邮件。
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1:21 - 1:24比尔说他和他的研究生瓦伦蒂诺·甘茨
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1:24 - 1:27无意中发现了一种工具,
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1:27 - 1:30不仅可以保证特定的基因会被遗传,
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1:30 - 1:32而且基因传播的速度难以置信的快。
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1:33 - 1:35如果他们是对的,
就从基本上解决了这个 -
1:35 - 1:38詹姆斯潜心研究20年的问题。
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1:38 - 1:43实验中需要两只携带抗疟疾基因的蚊子,
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1:43 - 1:45以及新的工具,即基因驱动装置,
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1:45 - 1:47一会儿我会详细介绍。
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1:48 - 1:50实验的设计是任何携带
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1:50 - 1:52抗疟疾基因的蚊子
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1:52 - 1:56将拥有红色的眼睛,
而不是常见的白色眼睛。 -
1:57 - 1:58这只是为了更好的通过肉眼
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1:58 - 2:01就可以区分它们的基因携带情况。
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2:02 - 2:05研究者把两只抗疟疾红眼蚊子
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2:05 - 2:08放入一个有30只普通白眼蚊子的盒子中,
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2:08 - 2:09让它们自由繁殖。
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2:09 - 2:13两代繁殖之后,培养了3800个子二代。
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2:14 - 2:16这并不是让人惊讶的部分。
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2:17 - 2:19下面才是惊人的部分:
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2:19 - 2:22如果一开始只有两只红眼蚊子,
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2:22 - 2:23三十只白眼蚊子,
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2:23 - 2:26它们自由繁殖的后代大多数应该是白眼。
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2:27 - 2:30然而当詹姆斯打开盒子,
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2:30 - 2:333800只蚊子全部都是红眼。
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2:33 - 2:35当我问伊森比尔这一时刻的感受时,
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2:35 - 2:39他太兴奋了,在电话里一直叫喊着。
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2:40 - 2:42因为只得到了红色眼睛的蚊子
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2:42 - 2:45打破了生物学的绝对基本定律,
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2:45 - 2:46孟德尔遗传学定律。
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2:47 - 2:48这部分我大概讲一下,
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2:48 - 2:51孟德尔遗传学认为
当雄性和雌性交配, -
2:51 - 2:54它们的后代会遗传父母各一半的基因。
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2:54 - 2:57所以如果本来蚊子的基因是aa
转基因蚊子的基因是aB, -
2:57 - 2:59B是抗疟疾基因,
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2:59 - 3:01后代应该呈现下面四种基因组合:
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3:01 - 3:04aa aB aa Ba。
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3:05 - 3:07然而使用了新的基因驱动之后,
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3:07 - 3:09它们全变成了aB型。
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3:10 - 3:12从生物的角度说这应该是不可能的。
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3:12 - 3:14到底发生了什么呢?
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3:15 - 3:16首先,
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3:16 - 3:202012年一种叫做CRISPR的
基因修改工具进入了人们的视野。 -
3:21 - 3:23很多人可能听说过CRISPR,
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3:23 - 3:26简而言之CRISPR是一种允许研究者
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3:26 - 3:29快速,精准,简单地修改基因的工具。
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3:30 - 3:33这种工具利用了一种存在于细菌中的机制。
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3:33 - 3:35也就是一个扮演了DNA剪刀角色的
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3:35 - 3:37蛋白质,
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3:37 - 3:39在一个RNA分子的指示下
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3:39 - 3:41剪刀可以作用于任何目标基因组。
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3:41 - 3:44就像是一个基因文字处理系统。
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3:44 - 3:47你可以取出整段基因,
再加入一个进行替换, -
3:47 - 3:49甚至可以编辑基因中的单个碱基。
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3:50 - 3:52这个工具几乎适用于所有物种。
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3:53 - 3:57前面我提过基因驱动有两大难题。
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3:58 - 4:01首先是如何培育一只
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4:01 - 4:02抗疟疾的蚊子。
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4:02 - 4:05多亏了CRISPR,我们解决了这个难题。
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4:05 - 4:07但是第二个问题随之而来。
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4:07 - 4:09如何让这个性状得以传播?
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4:10 - 4:12这就是这个装置精巧的地方。
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4:13 - 4:17几年前,哈佛大学的一名叫做
凯文·恩斯福尔特的生物学家 -
4:17 - 4:18探究如果不仅仅在
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4:18 - 4:22新基因中使用CRISPR,
在剪切复制机制中 -
4:22 - 4:24也使用CRISPR,会发生什么情况。
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4:25 - 4:29换言之,如果CRISPR
自己也进行复制粘贴会如何。 -
4:30 - 4:33我们就得到了永动的基因修改工具。
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4:34 - 4:36事实果真如此。
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4:37 - 4:40恩斯福尔特创造的CRISPR基因驱动装置
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4:40 - 4:44不仅保证了性状的传播,
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4:44 - 4:46而且当它作用于生殖细胞的时候,
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4:46 - 4:49它会在每个个体的两条染色体上
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4:49 - 4:51自动复制粘贴新的基因。
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4:52 - 4:54就像是全面检索并替换的功能,
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4:54 - 4:57用学术术语来说,
就是杂合子性状纯合化。 -
4:59 - 5:02那么这意味着什么呢?
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5:02 - 5:04首先,我们拥有了一个很强大,
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5:04 - 5:07但同时也令人担忧的新工具。
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5:09 - 5:11目前为止,基因驱动还并不是很有效,
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5:11 - 5:13这反而让我们感到欣慰。
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5:13 - 5:16通常,当我们对
有机体的基因进行研究时, -
5:16 - 5:18会研究一些进化中不太可能发生的改变。
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5:18 - 5:21生物学家可以随心所欲培育变异果蝇,
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5:21 - 5:22根本不用担心任何后果。
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5:22 - 5:26就算有些逃出了实验室,
也无法在自然界中存活和繁殖。 -
5:27 - 5:30基因驱动的强大和可怕之处在于
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5:30 - 5:32这种情况不再是理所当然的了。
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5:33 - 5:37想象新的性状并没有一个
像蚊子不会飞那样的 -
5:37 - 5:39很大的进化缺陷,
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5:39 - 5:42基于CRISPR的基因驱动将很快地
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5:42 - 5:45让每一个个体拥有这种性状。
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5:47 - 5:50目前为止基因驱动技术还并不完善,
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5:50 - 5:52但是詹姆斯和恩斯福尔特相信
最终我们可以做到。 -
5:53 - 5:57好消息是它拥有美好的前景。
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5:57 - 5:59只要在1%的疟蚊身上使用
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5:59 - 6:01含有抗疟疾基因的基因驱动装置,
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6:01 - 6:03疟蚊就是传播疟疾的蚊子,
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6:03 - 6:08研究者预测一年之内
所有疟蚊都会获得新的基因。 -
6:08 - 6:11所以一年之内就可以根除疟疾。
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6:11 - 6:14实际上我们还需要几年时间来进行试验,
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6:14 - 6:18但是目前,每天仍有1000个孩子死于疟疾。
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6:18 - 6:20一年之内这个数字可能几乎下降为0。
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6:21 - 6:25登革热、基孔肯雅热、黄热病
也可以同样被根除。 -
6:25 - 6:27这项技术会越来越成熟。
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6:27 - 6:30如果你想根除入侵物种,
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6:30 - 6:32比如五大湖中的亚洲鲤鱼。
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6:32 - 6:34只要使用基因驱动
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6:34 - 6:37让鱼群只能繁衍雄性后代。
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6:37 - 6:42几代之后没有了雌性鲤鱼,
鲤鱼种群就会随之消失。 -
6:42 - 6:44理论上我们可以通过这个方式保护
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6:44 - 6:46上百种濒临灭绝的本地物种。
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6:47 - 6:51上面都是好的部分,
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6:51 - 6:52下面说说负面影响。
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6:53 - 6:55基因驱动的效率太高,
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6:55 - 6:59以至于不经意释放的样本都可能
在短时间内引起整个种群的 -
6:59 - 7:00巨大改变。
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7:01 - 7:03詹姆斯做好了预防措施。
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7:03 - 7:05他在一个生物控制实验室繁殖蚊子,
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7:05 - 7:08并且蚊子也并不是美国本土的种类,
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7:08 - 7:10所以就算蚊子逃跑了,
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7:10 - 7:13也会因为没有办法交配而灭绝。
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7:13 - 7:17但是如果有一些携带
只繁殖雄性后代基因驱动的亚洲鲤鱼 -
7:17 - 7:21偶然从五大湖被带回了亚洲,
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7:21 - 7:24这可能会让整个亚洲鲤鱼种群灭绝。
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7:26 - 7:29鉴于现在世界联系的紧密程度,
这是很有可能的。 -
7:29 - 7:31这也是为什么会出现物种入侵。
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7:32 - 7:33这是鱼类的情况。
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7:33 - 7:36而像蚊子和果蝇一类的生物,
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7:36 - 7:38它们经常漂洋过海,
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7:38 - 7:40基本上是没有办法限制它们的。
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7:42 - 7:44另外一个坏消息,
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7:44 - 7:46基因驱动不一定被限制在
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7:46 - 7:48我们所谓的靶物种上。
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7:49 - 7:50这是源于基因流动,
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7:50 - 7:52基因流动意思是相似的物种
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7:52 - 7:54偶尔会彼此杂交。
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7:54 - 7:57如果发生了杂交,
有可能基因驱动会穿过物种的限制, -
7:57 - 8:00比如亚洲鲤鱼可能会影响
其他的鲤鱼种类。 -
8:00 - 8:03如果基因驱动只是改变了一个性状,
比如眼睛颜色,可能还好。 -
8:03 - 8:06而实际上,近期很可能将会有
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8:06 - 8:08大量奇怪的果蝇被培育出来。
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8:09 - 8:11不过如果基因驱动
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8:11 - 8:14被用于毁灭物种,可能会导致大的灾难。
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8:14 - 8:18更为可怕的是基因驱动的技术,
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8:18 - 8:22这种能够培育含有基因驱动的有机体的技术,
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8:22 - 8:25基本上在世界上
任何一个实验室都可以做到。 -
8:25 - 8:26本科生就可以做到。
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8:27 - 8:31甚至有天赋的高中生
在有设备的情况下都可以做到。 -
8:33 - 8:35这就很可怕了。
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8:35 - 8:38(笑声)
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8:38 - 8:40有趣的是,几乎每一个
和我探讨基因驱动的科学家 -
8:40 - 8:44都不认为基因驱动实际上那么可怕和危险。
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8:44 - 8:46一部分原因是他们相信科学家们
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8:46 - 8:49使用这个技术时都会非常小心谨慎。
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8:49 - 8:50(笑声)
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8:50 - 8:52目前为止确实如此。
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8:52 - 8:55不过基因驱动也有一些实际的限制。
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8:55 - 8:58首先它只能应用于有性生殖的物种。
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8:59 - 9:02所以谢天谢地,
它们并不能用在细菌和病毒的培育上。 -
9:02 - 9:05其次,性状只有在不停繁衍下才会传播。
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9:05 - 9:07所以只有在繁殖周期很短的物种中
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9:07 - 9:11改变或者灭绝种群才是可能的。
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9:11 - 9:14比如昆虫或者类似于鼠类
或者鱼类的小型脊椎动物。 -
9:14 - 9:17对于大象或者人类,可能需要几百年,
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9:17 - 9:19改变的性状才可能传播的足够广。
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9:20 - 9:25另外,就算有CRISPR,想要制造一个真正
可以引发灭绝的性状也不是简单的事。 -
9:26 - 9:28比如你想制造一种果蝇,
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9:28 - 9:30它们以普通水果为食,
而不是腐烂的水果, -
9:30 - 9:33打算以此摧毁美国的农业。
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9:33 - 9:34首先你要搞清楚,
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9:34 - 9:37哪个基因控制果蝇的择食,
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9:37 - 9:40这已经是很复杂的项目了。
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9:40 - 9:44接下来你要根据你的想法通过改变基因
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9:44 - 9:45去改变果蝇的习性,
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9:45 - 9:48这将是更加复杂的项目。
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9:48 - 9:49甚至可能压根儿没什么效果,
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9:49 - 9:52因为基因对于行为的控制是非常复杂的。
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9:52 - 9:54所以如果你是一个恐怖分子,
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9:54 - 9:56你会选择开始一个耗时多年的
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9:56 - 9:59艰苦卓绝的也许还没有结果的实验,
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9:59 - 10:01还是直接选择炸毁目的地?
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10:01 - 10:03多半是后者。
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10:03 - 10:06而且至少在理论上,
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10:06 - 10:09制造一个逆转驱动装置也应该很简单。
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10:09 - 10:13这样就可以覆盖
第一个基因驱动进行的改变。 -
10:13 - 10:15所以如果你对于改变的结果不满意,
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10:15 - 10:18启动第二个装置取消改变,
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10:18 - 10:19至少理论上是可行的。
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10:21 - 10:23那么这一切到底告诉了我们什么呢?
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10:25 - 10:28我们现在可以随意改变整个种群。
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10:29 - 10:30是这样么?
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10:31 - 10:32我们扮演上帝的角色了么?
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10:34 - 10:35我不这么认为。
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10:36 - 10:37我想说的是:
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10:38 - 10:40首先,很多睿智的人
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10:40 - 10:43现在已经开始讨论如何规范基因驱动。
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10:44 - 10:46与此同时另外一些聪明的人
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10:46 - 10:48开始制定安全保护措施,
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10:48 - 10:52比如让基因驱动自我调控,
或者在经过几代之后逐渐消失。 -
10:53 - 10:54这是很好的。
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10:54 - 10:57但是这项技术仍然需要更多讨论。
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10:58 - 11:00而且鉴于基因驱动的本质,
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11:00 - 11:02全球都应该参与到讨论之中。
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11:02 - 11:05如果肯尼亚想使用一个基因驱动
但坦桑尼亚不想怎么办? -
11:05 - 11:09谁来决定可以广泛传播的基因驱动
什么时候释放? -
11:11 - 11:13我不知道答案。
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11:14 - 11:16接下来我们能做的
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11:16 - 11:18是实事求是的讨论利弊,
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11:18 - 11:21并且对我们做出的选择负责。
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11:22 - 11:26我的意思是,
不仅仅是选择使用基因驱动, -
11:26 - 11:28也可以选择禁用它。
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11:29 - 11:32人类倾向的最安全的方案
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11:32 - 11:34就是维持现状。
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11:35 - 11:36但是事实往往不一定如此。
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11:38 - 11:41基因驱动确实有风险,也需要认真讨论,
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11:41 - 11:44但是疟疾现在每天都夺去1000个人的生命。
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11:45 - 11:49为了对抗疟疾我们播撒了
对于其他物种,包括两栖类和鸟类 -
11:49 - 11:50都伤害巨大的杀虫剂。
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11:52 - 11:55所以如果接下来的几个月
你听到了基因驱动, -
11:55 - 11:57你们一定会听到的,
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11:57 - 11:58请记住我说的话。
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11:58 - 12:00行动意味着风险,
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12:00 - 12:03但是有时无动于衷更加致命。
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12:05 - 12:13(掌声)
- Title:
- 基因剪辑现在可以永远改变整个种群
- Speaker:
- 珍妮弗·卡恩
- Description:
-
CRISPR基因驱动装置允许科学家改变DNA序列,并确保编辑后性状可以遗传,开辟永远改变整个物种的可能性。更重要的是,该技术引发了新的问题:这项强大的新技术将如何影响人类?我们要使用它来改变什么?我们要扮演上帝的角色吗?聆听记者珍妮弗·卡恩在演讲中对这些问题的思考,同时与我们分享了基因驱动装置潜在的强大应用:打造能够根除疟疾和寨卡病毒的抗病蚊子。
- Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TEDTalks
- Duration:
- 12:25
Yolanda Zhang approved Chinese, Simplified subtitles for Gene editing can now change an entire species -- forever | ||
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