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    浙江体彩11选五走势图: 生物进化过程也有黑暗面?该如何消除

    2019-02-20  |  《大科技》杂志 原创 独家 收藏(33)  | 

    北京体彩十一选五玩法 www.9u52.net 该如何消除进化的黑暗面

    进化是生物学的基石,但它有时会威胁我们的健康,甚至我们的文明。那么我们该如何消除进化的黑暗一面?

    进化的黑暗一面

    进化给地球带来了各种各样的生命,包括我们人类。但生物的有些进化也有对人类不利的一面,而且从人类文明开始的时候,这些进化就给我们添麻烦了。例如在农业时代,农民用手工除杂草时,留下了少量长得像农作物的杂草,于是通过几代的进化,长得像农作物的杂草变得越来越多。

    在工业时代,有些进化已经成为一个很大的问题。如几乎在我们开始使用青霉素治疗感染、滴滴涕杀死蚊子和除草剂消灭杂草的时候,这些生物的耐药性就开始出现。原因很简单:当我们试图消灭害虫和病原体时,我们给它们施加了巨大的生存压力,迫使它们要么死亡、要么进化。如果一种毒药不是完全有效的话,那些存活下来的个体可能会对它有一些抵抗力,它们的后代会继承这种能力,一些后代甚至会发生变异,使自己更有抵抗力。在反复接触毒药的情况下,生物种群会迅速进化出耐药性。

    例如,药物华法林在1948年首次被用来杀老鼠,在10年之后许多老鼠就对华法林产生了耐药性。至于细菌和病毒等能快速繁殖的微生物,它们产生耐药性的过程可能只需要几天或几个小时。

    甚至在我们体内,有害的进化都在发生。癌症就是细胞通过不断进化获得不受控增殖能力引发的疾病。细胞癌变后,它们不仅能抵抗杀死它们的药物,同时也能躲避免疫系统的攻击,诱骗身体为它们提供食物和氧气,并在身体内进行扩散。

    进化也能解释为什么一些我们驯化或改造过的微生物有时会变得“不再听话”。例如,脊髓灰质炎疫苗是一种毒性被削弱了的病毒,但它总是趋向于进化成原来能导致疾病的病毒。而用于食品制造和酿酒的酵母菌往往会随着时间的推移而进化,许多酵母菌的发酵能力往往会降低。

    已取得的胜利

    那么我们该如何阻止这些我们不喜欢的进化?

    阻止进化,这听起来可能有点狂妄自大,但同有害进化斗争的过程中,我们已经取得了一些胜利。

    例如,用于治疗艾滋病的鸡尾酒疗法就是一个典型的例子。鸡尾酒疗法就是将三种或三种以上的抗病毒药物联合使用来治疗艾滋病,这样会使艾滋病病毒很难同时对这些药物产生抗药性。医生们在上个世纪90年代开始采用鸡尾酒疗法,延长了数百万患者的生命。

    有时,阻止这些生物的进化只需要将促使进化的环境压力消除就可以了。例如在日本,一种能让水稻患上稻瘟病的真菌能在短短三年内就对一种新的杀菌剂产生了耐药性。但当农民停止使用杀菌剂后,这种耐药真菌在四年内就消失了。

    甚至,有些时候,要阻止一些生物的进化,完全没有必要停止使用杀虫剂或杀菌剂,你只需要确保有一些没有进化的害虫能活下来。例如,玉米和棉花经过转基因后,可产生Bt蛋白,可杀死许多害虫,而且这种蛋白对人体不起作用。然而,如果只种植这种转基因农作物的话,那么在几年内害虫就会产生抗Bt蛋白药性。但如果农民选择混合种植转基因和非转基因农作物,许多没有进化的害虫可以靠那些非转基因的农作物活下来,而且它们与少量有耐药性的害虫交配后,通常只有部分后代继承耐药性。这样,就能避免大量耐药性害虫的出现,使转基因农作物不受损失。

    停下有害进化的新手段

    在全球,抗生素滥用的现象仍十分严重,导致耐药细菌越来越多。说服人们不要过度使用抗生素是一件很难的事情。不过,一些研究人员找到了一种新的策略,来抵抗这种细菌的进化。尽管听起来很矛盾,但研究人员认为,我们可以使用两种抗生素来应对细菌的耐药性。

    来自英国格拉斯哥大学的研究人员一直在试验交替使用两种作用机理完全不相同的抗生素来对付耐药细菌。这样,对一种抗生素有耐药性的细菌随后会被另一种抗生素杀死。他们的研究基本理念并不是新的,长期以来,交替使用不同的农药一直被用于防止农药耐药性的产生,但它以前从未应用于抗生素。研究人员正对这个办法进行优化,此外,他们还发现这种方法也有助于防止癌细胞变得具有耐药性。

    与此同时,名为“CRISPR/Cas9”的基因编辑技术还能让我们直接去影响进化。这种基因编辑技术是利用一种Cas9蛋白和一个向导RNA来完成的。向导RNA负责找到相匹配的DNA序列,找到后,Cas9蛋白就会自动将这段序列切割下来。因此,有了适当的向导RNA,研究人员可以在不杀死细菌的情况下,用CRISPR/Cas9技术去切割可产生耐药性的DNA序列,以此来消除耐药性。

    棘手的部分是把CRISPR/Cas9的相关物质放入细菌体内,但这可以通过被称为噬菌体的病毒来实现。噬菌体是通过将自己的DNA注入细菌体内,来进行自我复制的。研究人员利用基因工程技术把可转录翻译出CRISPR/Cas9相关物质的基因替换掉了噬菌体自己的DNA,这样噬菌体在感染细菌时,就能把CRISPR/Cas9相关的基因注入细菌体内。有几家公司已经成功地使用这种噬菌体来治疗动物身上的耐药细菌感染,而人类临床试验可能很快就会实施。

    但这种方法也有很大的局限性。首先,一种噬菌体只会感染特定的细菌,因此每种细菌感染都必须定制相应的噬菌体。此外,噬菌体不能在血液中存活,因此不能用于治疗身体内部感染——尽管它们可以用于外伤感染和肠道感染。

    以色列特拉维夫大学的研究人员想到了一个新点子,他们希望在细菌感染人类之前,就用噬菌体消除细菌的耐药性。他们的初步计划是,将修改过后的噬菌体添加到医院使用的喷雾清洁剂中,以及医生用来洗手的药膏中。这样,只要经常使用这些清洁物品,里面的噬菌体就可以顺便作用于清洗时所遇到的耐药性细菌。

    预防有害进化的出现

    美国德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员则希望预防有害进化的出现。他们想知道,是否可以让CRISPR/Cas9隐藏在细菌的基因组上,保持冷静,什么都不做,当出现耐药性等不利的进化时,就让CRISPR/Cas9发挥作用,破坏相应的DNA序列。

    于是,研究人员创建了一种CRISPR/Cas9,能专门消灭大肠杆菌对利福平(一种抗生素)的耐药性。接下来,他们将这个CRISPR/Cas9植入非耐药性大肠杆菌的基因组上,然后把这些细菌注射到老鼠的肠道中,然后给老鼠服用利福平。同时,他们把普通的大肠杆菌注射到对照组中老鼠的肠道中,然后也给它们服用利福平。几天之内,在对照组中的老鼠体内,普通的大肠杆菌很快就出现了耐药性,而那些被植入CRISPR/Cas9的大肠杆菌却没出现任何耐药性。

    除了对抗耐药性以外,这些研究人员还希望用此方法来阻止其他不必要的进化。例如,我们常用微生物来制造从啤酒到胰岛素等各种各样的物质,但随着时间的推移,许多微生物发生了进化,失去或降低了制造这些物质的能力。这是因为制造这些物质会消耗微生物很大的能量,影响它们的寿命,而其他那些“爱偷懒”的微生物却能活得更好一些,于是经过几代繁殖之后,有用的微生物大部分消失了,剩下的都是“爱偷懒”的其他微生物。

    德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员正在研制那些具有较低突变率的微生物。一种方法是,利用CRISPR/Cas9去除基因组内那些对微生物的生存毫无影响的但却容易发生突变的DNA片段。

    理论上,除了微生物以外,把CRISPR/Cas9相关的基因引入在其他生物体内也能发挥作用,比如蚊子和老鼠,并想办法让这种基因传播到整个种群中,这样可以来阻止它们对杀虫剂或老鼠药产生耐药性。

    CRISPR/Cas9有望以全新的方式解决进化的黑暗面,但不管前面有多少障碍,进化总是能够找到出路。例如,研究人员阻止了某种特定的基因突变带来的耐药性,但该生物仍可以借助其他形式的基因突变,产生相同功能的耐药性。所以说,CRISPR/Cas9并不是万能的,但与传统药物和杀虫剂不同的是,一旦遇到新的情况,你只需修改CRISPR/Cas9中向导RNA的碱基序列,使它能匹配新的基因突变的DNA序列,这样CRISPR/Cas9就可以去消灭新的基因突变。

    但任何技术都是一把双刃剑,这种新的基因工程技术是否还会带来无法预测的后果?比如,被引入CRISPR/Cas9的生物扩散到野外环境中,是否会出现意想不到的生物学灾难?目前来说,这还无法回答。不管怎样,有一件事是肯定的:即使在我们对抗进化的斗争中有了新的武器,这场冲突也不会永远结束。


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