在他们的形象中苍蝇

在他们的形象中苍蝇

在他们的形象中苍蝇

就在科学界争论不休的时候,印第安纳大学的研究人员使用了一种新的基因编辑系统来改变果蝇的DNA。这种名为CRISPR的系统让科学家们能够以比以往任何时候都更具体的方式让果蝇发生变异。

m艾丽莎菲尔普斯凝视着显微镜。在她的凝视下,几十个果蝇躺在他们的侧面,腿和天线抽搐。他们没有死,只是睡觉。

她看着这堆苍蝇,寻找翅膀是直的而不是卷曲的苍蝇。

她将一些直翅苍蝇与扁平金属工具分开。最终他们会醒来,繁殖并创造一个新的突变线。

菲尔普斯,39,改变了苍蝇'DNA - 遗传妆容,使飞行是什么。DNA确定它是否有直的或卷曲的翅膀,红色或白色眼睛,以及它是否会过着长期健康的生活或短暂的病人。


梅丽莎·菲尔普斯(Melissa Phelps)是考夫曼实验室(Kaufman Lab)的研究助理,在观察果蝇突变之前,她在显微镜下移动了一张幻灯片。


在这些苍蝇中,菲尔普斯使用称为CRISPR的新方法改变了一种特异性基因。

CRISPR作为基因组编辑工具于2013年问世,在生物界掀起了一股热潮。这使得生物学家能够以前所未有的方式瞄准基因。

理论上,科学家可以对昆虫和动物进行修补——使它们的眼睛不同颜色,改变它们的体型或大小。疾病可以在有机会发展之前就被阻止。植物基因可以被编辑以促进育种。

可能性似乎无穷无尽。

但在人类身上使用CRISPR可能是灾难性的。许多人相信这个新系统能让科学家创造出完美的人,创造出符合自己形象的人。科学家可以选择眼睛的颜色、头发的颜色、体型或身高。由于这些能力,科学界和公众都很警惕。

果蝇没有突变,左侧和果蝇的突变,突变导致眼睛是白色的,右。

对于那些害怕CRISPR的人来说,优生学的可能性是完全停止使用这种方法的一个理由。

但在约旦大厅的五楼,菲尔普斯和她的研究人员专注于微小果蝇的基因。



托马斯·考夫曼坐在他的办公室里,周围都是他的工作。

在他的上方,墙上挂着《苍蝇》(The Fly)、《苍蝇2》(The Fly II)和《苍蝇的诅咒》(The Curse of The Fly)的电影海报。所有的电影都是恐怖电影——人变成苍蝇,实验出错,疯狂的科学家创造了新的可怕的变种人。

对于71岁的考夫曼来说,科学始于单纯的观察。他在洛杉矶长大,骑自行车去格里菲斯公园,收集小龙虾、蝌蚪和青蛙。他把它们带回家,观察它们是如何生活的,并观察蝌蚪慢慢蜕变成成年青蛙。

“我是一个作为一个孩子的科学,”Kaufman说。“我只是想知道事情是如何运作的。”

在大学里,Kaufman在一只苍蝇实验室,洗衣瓶和薄玻璃管,制作飞行食品,一种玉米糊状物。

“我很穷,”考夫曼说。“我真的吃过苍蝇的食物。我只是漏掉了一些用来对付苍蝇的化学物质,我早餐吃了一碗。”

在英属哥伦比亚大学获得博士后学位后,他于1976年来到印第安纳大学。

10年后,加州的一位果蝇遗传学家退休了,他计划扔掉1500多个果蝇突变株。

相反,考夫曼接受了它们,并帮助建立了印第安纳大学的果蝇饲养中心,该中心现在已经成为世界上最大的果蝇饲养中心之一。它有超过5万个突变系,这些突变系是具有某些基因被删除或改变的几代果蝇。

对IU可以进行更多的研究进入果蝇的更大途径。Kaufman的早期实验之一正在研究天线基因。他删除了基因天平腺样,并且在没有基因的序列中,苍蝇在头上长出腿。

当《x档案》的制片人来到考夫曼在印第安纳大学的实验室时,这引起了人们的注意。他们的访问是1997年《后现代普罗米修斯》(the Post-Modern Prometheus)这一集的基础。

在剧集中,联邦调查局调查员福克斯Mulder和Dana Scully去了弗朗西斯博士博士的果蝇研究实验室,这是一个基于Kaufman的疯狂科学家。

Mulder和Scully访问Pollidori的混乱实验室,装满了玻璃器皿和书籍。闪电在窗口中经常闪烁;雷声咆哮外面。

Pollidori将调查人员进入其主要实验室,并向他们展示了他最近对电视屏幕的研究的照片。

调查人员惊呆了。

“这只苍蝇有腿……”穆德说。

“从嘴里生长,”Scully完成。

“你为什么要这样做?”Mulder问Pollidori博士。

“因为我可以。”

“这能在人类身上实现吗?”穆德问道。

Pollidori说:“这违背了所有的科学惯例。”

“但这能做到吗?”穆德再次问道。

“理论上。”

自1995年以来,印第安纳大学的科学家一直在测试果蝇的一种名为中心体蛋白(centrosomin,昵称Cnn)的基因。

Cnn与细胞复制有关,它使一个胚胎增殖成数千个细胞。通过部分或全部删除该基因,考夫曼、菲尔普斯和副研究员罗伯特·艾斯曼可以看到这些删除对果蝇的影响。

以前,删除一个基因是很复杂的。当研究人员试图删除一个基因时,他们最终破坏了更大的DNA部分。现在,有了CRISPR,研究人员可以非常具体,不仅针对一个基因,而且针对它的某些部分。他们可以比以往更深入地研究DNA。

罗伯特•艾斯曼
托马斯•考夫曼
梅丽莎·菲尔普斯


这个实验室闻起来像腐烂的食物。果蝇研究人员正在为他们的果蝇种群培育数以千计的幼虫。每周一和周四,3000到5000只股票被送往世界各地的实验室。当这么多的气味集中在一个区域时,整个地板上的气味就没有任何作用了。

58岁的艾斯曼走进实验室,转向菲尔普斯。

“有人刚刚告诉我,他们擦了两次冰箱,”他说。“想到那里的东西已经变坏了。”

“哦,真的吗?”菲尔普斯笑了。

“我告诉他们,‘不,这只是科学的味道。’”

艾斯曼和菲尔普斯又坐下来盯着他们的苍蝇。

他们没有注意到头顶上闪烁的荧光灯。

显微镜下的舞台上有几十只小苍蝇,它们的腿和触角在明亮的黄色灯光下颤动着。

“他们是一个惊人的小生物体,”Eisman说。

飞行生命周期只持续10天。单身成年女性飞行可以在她的一生中铺平最多500个鸡蛋。每个蛋是毫米宽的一半,比一角钱的边缘窄。

最终,它们孵化成白色幼虫并转变成成人果蝇。

头的两边都是红色的眼睛,从远处看,它们就像有几百个方格的方格纸。但当科学家们用显微镜观察时,他们可以看到单个的面。


果蝇坐在推车上夹子。该实验室装满瓶子和标有各种突变的试管。

艾斯曼和菲尔普斯可以改变飞行的每个部分。移动或删除基因会对果蝇的生命周期产生切实的影响。因为一只苍蝇能产下500枚卵,科学家们一次就能以极低的成本研究数千枚卵。科学家可以在苍蝇卵中注入一个基因组,在两周内就能产生全新的一代。两周后,它又翻了一番,他们有了股票的基础。如果他们使用鼠标,同样的过程至少需要一年。

但这项工作单调而重复。

Eisman和菲尔普斯快速拖动睡眠苍蝇,将它们重组到狭窄的管中。

Kaufman Lab的研究助理罗伯特Eisman观察了一个装满果蝇的管。研究人员的大部分时间包括观察和组织苍蝇。
Eisman抓住他将标记和重组的少数胶囊。

菲尔普斯希望在一周内找到不育的雄鱼。如果她这样做了,她就会知道她成功地从苍蝇的DNA中删除了Cnn,并且会比以前更了解这个基因。

菲尔普斯把苍蝇塞进玻璃管后,她在管的顶部塞了一小块棉花,防止苍蝇逃跑。她拿起一支黑色的记号笔,在地铁上写下日期,然后把它放回一个塑料盒子里。

她得等着看哪条突变线是她计划的。

但她只需要一个。





在世界各地,科学家们正在测试CRISPR的极限。

在中国,科学家利用CRISPR编辑异常人类胚胎的DNA,试图预防一种名为地中海贫血的血液疾病。

中国科学家报告了一些成功,也有一些意想不到的突变。他们的结论:在人类胚胎中使用CRISPR仍然为时尚早。

这些实验引发了全世界的争论。国际科学杂志拒绝发表这项研究。

在人类中的基因编辑为优雅学生开辟了门,或者改变某些基因以占出种所需的人类特征。

对于大多数人来说,“优秀学者”唤起了纳粹的回忆,并寻求纯粹的雅利亚比赛。即使在美国,超过7,000人在1920年至1980年间灭绝,主要是精神病患者,残疾,非洲裔美国和无家可归者。

许多人认为,利用CRISPR,科学家可以在人类身上创造出特定的特征。在未来,那些能够负担得起的人将能够把他们的孩子设计成健壮的、聪明的或对某些疾病有免疫力的。

由于担心后果,世界各地的科学家呼吁,在建立可靠的规则之前,停止涉及CRISPR的人体试验。

2015年9月22日,一名英国研究人员要求修改人类胚胎的基因,以更好地了解早期发育。人类受精和胚胎管理局上周批准了他们的请求。

当全世界都在争论的时候,考夫曼和他的团队专注于果蝇,特别是Cnn基因。

随着Cnn的每一次删除,考夫曼和他的研究人员对基因本身有了更多的了解,这可能会导致一个重大发现。但这种情况很少见。

“并不是所有的努力都有回报,”艾斯曼说。“但几乎所有事情都能让我们更好地理解。”



几周后,菲尔普斯不仅仅是一个。

在她测试的178个突变品系中,有3个品系有不育的雄性果蝇,这意味着她的删除是成功的。

通过删除两个CNN的小部分,她创建了新的突变线,她可以进一步测试。现在,菲尔普斯知道她有缺失,她可以进一步进入基因并究竟令人缺少哪些氨基酸。


菲尔普斯抓起一个装有果蝇的试管。她正在显微镜下分析它们的突变。

在那之后,菲尔普斯、考夫曼和艾斯曼可以围绕这一缺失设计更多的实验,观察雌蚊产下的白色小卵的变化。

菲尔普斯和Eisman不希望鸡蛋在没有这部分基因的情况下孵化。他们不确定,但进一步的测试将告诉。




艾斯曼盯着一根1.5英寸的管子,试图看清里面的液体。

“你在试图理解你看不到的东西,”他说。“这非常令人沮丧。”

艾斯曼于1998年以研究生的身份来到印第安纳大学,之后就再也没有离开过。他在考夫曼的实验室工作了17年,研究Cnn。

只有理解了苍蝇身上的Cnn,才能理解人类身上的相同基因。他们的研究可以帮助制药公司开发治疗唐氏综合症的药物。它可以帮助医生了解特纳氏综合症的具体原因。或者可以防止流产。

在Carrpr的帮助下,他们可以开始了解不仅是果蝇的内在运作,而且也是人类的内在运作。

在科学家使用CRISPR的水平上,设计婴儿是不可能创造出来的。人类基因组极其复杂。即使是很小的人类特征,比如眼睛的颜色,也是由多个基因控制的。

“这就是科学似乎正在做的 - 玩上帝,”Eisman说。“拒绝比试图理解更容易。”


EISMAN检查试管,以识别内部的突变类型。

当人们不明白时,研究实验室遇到了麻烦。使用CRISPR害怕一些人想要使用这种方法,特别是在人类胚胎上的人来停止。

“他们希望支持他们理解的东西,”Eisman说。“他们想,”为什么我的艰苦的钱应该去研究水果飞()

但是科学家可以把致病的人类基因植入苍蝇体内。然后他们观察发生了什么,并找出如何阻止这种疾病。

这些发现始于基础研究,但并不总是直接转化为人类医学。

“一些最大的发现来自基础研究,”Eisman说。“我们今天所认为的一切都来自基础研究。最伟大的发现是错误的。“


考夫曼、菲尔普斯和艾斯曼每天花几个小时研究果蝇,只是为了更多地了解一种基因。

它们不断着迷于他们可以操纵基因 - 生命本身的方式 - 即使在最小的生物体中。

仍然,他们没有宏伟的幻想。

这项研究并不是要改变人类基因组。这不是创造一个完美的孩子。它是关于帮助人类通过果蝇学习。

在艾斯曼面前的显微镜台上,一只苍蝇醒了过来。

它飞到显微镜上方,消失在杂乱的实验室里。