取代线粒体DNA的科学和未知的东西
线粒体替代疗法(MRT)目前已被用于人类生育“三亲婴儿”，以预防遗传性线粒体疾病，但该疗法的有效性仍存在疑问。
去年9月，纽约市的新希望生育中心(New Hope Fertility Center)宣布，一名男婴在墨西哥出生，他是通过这种疗法怀上的。通过这种方式怀上的孩子携带着来自父母双方的核DNA，以及来自第二位女性的线粒体DNA，后者实际上捐赠了她健康的线粒体。这项技术——在美国尚未被批准——可以帮助线粒体DNA有缺陷的母亲避免将突变遗传给她们的孩子。
帕特里克·奥法雷尔博士，生物化学和生物物理学教授，研究线粒体生物学基因组．他的实验室用果蝇来研究线粒体基因突变是遗传的，当两个线粒体基因组相互竞争时会发生什么。他回答了一些关于捷运我们知道和不知道的问题。
什么是线粒体基因组，它控制什么?
线粒体起源于一种细胞内细菌感染，经过数十亿年的适应，成为一种通常被称为细胞动力源的细胞器。在进化过程中，细菌原有的复杂性大大降低，大部分基因被转移到细胞核。但是责任的转移并不完全，大多数动物的线粒体基因组仍然保留着37个基因。
这37个基因对电子传递功能至关重要，而电子传递功能是人体主要的能量提供系统。我们知道这些基因在人体内的作用，但是这些基因被破坏的最终结果，即使你知道它们应该做什么，也很难预测，因为身体有各种各样的调节循环，以适应缺陷和失衡。
与核基因组不同，核基因组是父母贡献的组合，你只继承了母亲的线粒体基因组。我们称线粒体基因组为“非常孤独的基因组”，因为你的线粒体基因组永远不会遇到另一个人的线粒体基因组。物种被划分;每一位女性都能传递她的线粒体基因组，而且，只要女性血统不被破坏，这个基因组就会始终孤立地传递下去。但是这个孤独的基因组会通过突变积累变化。这些变化永远不会被共享，不同的变化会在每个女性线粒体DNA谱系中累积，因此随着时间的推移，谱系确实会出现分歧。
线粒体疾病有多普遍?母亲会知道自己是否携带了与线粒体疾病相关的突变吗?
母系遗传的流行线粒体疾病估计每5000个成年人中就有1个。一些携带基因突变的人相对健康，但他们的孩子可能有很高的概率出现线粒体疾病——这些病例可能非常严重，儿童在婴儿期就会死亡，并存在广泛的身体和精神缺陷。
突变和症状之间的关系很复杂，因为细胞携带有许多线粒体基因组副本，通常约1000份。如果一个人有一些含有突变的副本，他们会表现出一系列症状，其严重程度取决于他们携带的功能基因组和缺陷基因组的比例。
一位母亲可能不知道自己的孩子有线粒体疾病的风险。线粒体基因组的遗传并不遵循核基因组的严格控制模式，因此，健康但携带一些线粒体疾病突变的母亲可能会将更高比例的突变基因组遗传给她的孩子。
线粒体替代疗法与基因编辑有何不同?
在基因编辑中，你实际上是在改变现有的遗传密码。线粒体替代疗法不同，因为DNA没有变化。你只是改变了线粒体基因组的来源。这更像是一种移植，你在拯救东西，就像心脏移植一样。
如果一个女人选择MRT来生孩子，你要从她的卵细胞中取出细胞核，移植到捐赠者身上卵细胞它的细胞核已经被移除了。卵细胞可以在受精之前或之后受精。所以所有的核基因都来自父母，除了线粒体基因组携带的37个基因外，所有的都是通常的双亲遗传。
目的是让所有的线粒体DNA都来自捐赠者，但事实证明这是不可能的。
这真的意味着一个通过捷运出生的孩子将有三个父母吗?
婴儿确实有三种基因输入，我对“三亲婴儿”这个术语没有特别的争论，但应该清楚的是，他们的贡献是极其不平等的。99.9%是正常基因。
MRT的一个担忧是，一些母体线粒体dna将随着细胞核转移到新的卵细胞中，两个线粒体基因组将相互竞争。关于这场比赛我们知道些什么?
新的卵细胞将混合线粒体基因组，可能99%来自捐赠者，1%来自母亲。所以突变基因组仍然存在，它没有被消灭，只是急剧减少了。
在我们使用果蝇的工作中，我们询问基因组之间是如何竞争的。你把从未见过对方的竞争对手放在一个舞台上，基因组为自己而战。如果一个基因组发生了使其复制更快的突变，它就有了优势并接管了——我们称这些基因组为“霸基因组”，它们取代了“弱基因组”。
我们的研究表明，霸王基因组在控制复制的调控区域发生了变化。复制率的一个非常小的差异被积极地选择，可以很快地消除一个脆弱的基因组。
这种竞争的后果是发生在胚胎发育时期还是会发生在生命的后期?
如果真的存在“恶霸-懦夫”不匹配的情况，我强烈希望它很早就出现。在婴儿的生产过程中，线粒体的数量会大量增加;随着年龄的增长，身体就没有那么大的增长。在线粒体数量增加的过程中，强势基因组将有机会与复制速度较慢的基因组竞争。
但我们认为一些变化可能会在生命的后期出现，也许是在一个更微妙的层面上。一个很清楚的事实是，线粒体DNA并不是完全稳定的，你在不断地制造新的线粒体DNA。
我强烈预测，这个出生在墨西哥的孩子，婴儿时期很健康，绝大多数线粒体DNA来自捐赠者，他会过得很好。
捷运会如何失败?有什么想法可以让捷运更成功?
MRT可以为携带这种突变的家庭带来极大的好处，唯一主要的担忧是个人应用可能会失败，而不是对社会和人类遗传学的威胁。
在最近的一项实验室中使用人类细胞的研究中，核移植后的15个卵细胞中有13个以供体线粒体DNA为主，还有两个恢复到母体线粒体DNA。这可能足以让很多家长满意了。
有两种合理的策略可以使捷运变得更好。第一种方法是匹配捐赠者和母亲的线粒体基因组。如果基因组匹配得很好，那么这个过程就更有可能有一个好的结果。或者，确保供者的基因组永远是最坏的——这里会有不匹配，但赢家永远是供者的线粒体基因组．后一种策略的优势在于完全消除突变基因组，这样它就不会在后代中再次出现。
这些策略依赖于对线粒体基因组生物学的更多了解。我们试图弄清楚的一件事是，为什么会有恶霸和懦夫，以及如何识别更强大的复制因子。我们发现，这实际上可能取决于核能和核能之间的相互作用线粒体基因．
