自然资源保护主义者和生物伦理学家常常带着惊奇、兴奋和恐惧的混合心情看待被称为“基因驱动”的工程DNA。基因驱动违背了正常的遗传规则，它确保了这些基因被遗传给所有宿主的后代，而不仅仅是一半的后代;因此，它们具有迅速和不可逆转地改变一个人口的令人不安的潜力。关于基因驱动的许多争论集中在用它们来控制危险的害虫的实用性(和傲慢自大)上，因为昆虫是唯一一种基因驱动被证明有效的动物。
现在情况已经改变了。在今天发表在《自然》杂志上的一篇论文中，圣地亚哥加利福尼亚大学的生物学家首次证明，目前的基因驱动技术也可以在哺乳动物——老鼠身上起作用，至少在一定程度上是这样。他们的发现突出了基因驱动在现实世界中发挥作用的潜力，但也存在重大局限性。至少在未来一段时间内，这些“活跃的遗传学”技术作为实验室工具可能比作为重塑自然的工具更有用。
北卡罗莱纳州立大学的昆虫学家和进化生物学家弗雷德·古尔德把基因驱动比作库尔特·冯内古特小说《猫的摇篮》中虚构的物质冰- 9:一种奇怪的冰，它能冻结所有接触到的水。基因驱动传播得很快，因为它们是一组遗传元素，能自发地将自己从母亲的染色体复制到匹配的父亲的染色体，反之亦然。在复制自身的过程中，基因驱动也可以在插入点添加、删除或修改基因。早在2003年，基因驱动被认为是一种理论上的可能性，但2012年CRISPR/Cas9基因组编辑技术的出现，突然让基因驱动变得更加可行。
尽管法律限制、伦理担忧和对意外后果的恐惧阻碍了基因驱动在野外进行测试，但它们可能带来的假想好处的诱惑迫使科学家们继续研究它们。一个受到良好调控的基因驱动可以挽救数百万人的生命，例如，通过使按蚊对疟原虫的感染具有抵抗力。
人们对开发控制大鼠和小鼠的基因驱动也很感兴趣，因为这些入侵物种常常严重威胁野生动物。在北太平洋至关重要的信天翁繁殖地中途岛(Midway Island)，大约一个世纪前，掠食性大鼠来到这里，几乎将信天翁灭绝。1995年，一场大规模的毒杀行动消灭了老鼠，拯救了信天翁，但环保主义者更希望有一种不那么生硬的武器来阻止其他情况下不受欢迎的哺乳动物。(根据一年前的报告，中途岛的老鼠现在正成为鸟类的新威胁。)
然而，最先吸引发育生物学家金伯利库珀(Kimberly Cooper)涉足老鼠基因驱动技术的，不是保护，而是进化。在加州大学圣地亚哥分校的实验室里，她和同事们研究跳鼠的进化过程。跳鼠是一种长腿啮齿类动物，具有跳跃的两足步态。库珀和她的同事们正试图通过让实验小鼠逐渐具有更多跳鼠的特征，来寻找导致这种进化转变的未知基因变化组合。
然而，对于哺乳动物来说，这类项目是繁重的，因为通过传统育种，将所需的基因植入到单个动物身上涉及到方方面面。基因实验通常需要纯合子的动物来完成，这意味着它们的母系和父系染色体上都带有相关基因的副本。为了培育出只对三种突变感兴趣的纯合子小鼠，研究人员可能需要将数百只甚至数千只带有单染色体突变的小鼠杂交。Cooper的跳鼠计划很容易证明需要10个或更多的纯合子基因的小鼠。
她说:“我一直认为这是不可能的，因为多种基因组合在老鼠身上是一团糟。”“你需要这么多动物。这需要花费很多时间和金钱。
但三年前，她受到启发，跟随UCSD的同事瓦伦蒂诺·甘茨(Valentino Gantz)和伊桑·比尔(Ethan Bier)的脚步。两位生物学家最近在果蝇身上展示了他们所谓的“活跃遗传学”。主动遗传学是指利用遗传元素来促进特定性状的遗传，使其超过孟德尔首次观察到的正常50%的遗传率;甘茨和比尔将基因驱动归类为主动遗传学的一种自我延续形式。
库珀说:“我意识到，同样的技术也可以在实验室中应用，理想地提高基因工程版本的遗传率。”这也将允许她从老鼠以外的物种中引入基因。“你可以制造以前无法制造的基因复杂的动物。”
正如库珀和她的团队在他们的新论文中所描述的那样，他们设计了一种活跃的基因机制，使一种“标记”基因能够在小鼠谱系中迅速传播。Cooper强调他们所做的并不是技术上的基因驱动:作为一种安全措施，她的机制的两个组成部分——一个负责切割DNA，另一个负责靶向切割——被分离到基因组的不同部分。这种分离防止了机制不受控制地在多代之间传播。尽管如此，它的成功还是为哺乳动物基因驱动的概念提供了证据。
即便如此，这种成功也伴随着一些警告。出乎意料的是，库珀的主动基因系统在雄性老鼠身上不起作用，只在雌性老鼠身上起作用。即使是在雌性老鼠中，这种机制最多也只有70%的时间起作用。
库珀说:“如果现在有人试图利用这种机制来构建一种基因驱动，它不会很快在人群中传播，可能也不会持久。”对雌性的限制也会降低基因驱动开发新实验室动物品系的效率，但至少可以加快育种进程。
她和她的同事怀疑，基因复制机制在男性和女性身上的表现是不同的，因为精子和卵子的制造方式存在细微的差异。在卵细胞中，成对的染色体可能在生产过程的较早阶段相互排列，从而提高了如果其中一条染色体被切割，细胞将用来自伴侣的所需DNA修复它的几率。库珀说:“如果我们能把握好时机，也许就能提高效率，使之在男性身上发挥作用。”
加州大学欧文分校(University of California, Irvine)的分子遗传学家安东尼詹姆斯(Anthony James)说，经过一些改进，活跃的遗传学最终应该会对培育复杂的实验室动物有用，因为不同领域的动物都需要它们进行基因研究，这为如今的技术提供了一种高效得多的替代品。(2015年，詹姆斯与甘茨和比尔合作，对蚊子进行了抗疟疾基因驱动的实验。)他说，在过去，用许多基因的特定组合进行小鼠常规育种可能需要10年的时间;活跃的基因可能会缩短到一到两年。
用CRISPR将基因一个接一个地植入小鼠体内是另一种方法，但他相信，活性基因也将比这更好。“普通的老CRISPR有利于修改已经存在的基因，”他说。“但如果你想添加基因，或者把它们换掉，然后替换它们，基因驱动系统会更好。”
旧金山格莱斯顿研究所(Gladstone Institutes)的遗传学家布鲁斯康克林(Bruce Conklin)对库珀发表在《自然》(Nature)杂志上的研究发表了评论。“它很有价值，但有了CRISPR，我们(已经)可以非常迅速地制造出非常复杂的模型，”他说。尽管如此，他还是为强调被忽视的男性和女性细胞生物学差异的工作而欢呼。他认为，活跃遗传学所倡导的方法可能有助于理解DNA修复和分子生物学的其他基本机制。
库珀看到了一个光明的一面，那就是基因驱动在哺乳动物身上似乎比在昆虫身上更难创造，因为它们的潜在用途存在争议。提高哺乳动物活跃遗传学的效率还需要几年的时间。她说:“与此同时，我们可以就野生环境下(基因驱动)可以做什么、应该做什么进行严肃的讨论。”
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