为阻疟疾传播 科学家修改蚊子基因只生雄性 消灭蚊子

过去几十年在大学实验室研究中开发出来的转基因蚊子，如今正在全球许多地方被用来对抗蚊子传播的病原体——包括登革热和寨卡病毒。利用转基因蚊子抗击疟疾的工作也取得了进展。疟疾是由蚊子传播的最具破坏性的疾病。

由伦敦帝国理工学院领导的一个研究小组利用“基因驱动”技术，在一群关在笼子里的冈比亚按蚊(Anopheles gambiae)中进行了一种扭曲性别比的基因改造技术。

该研究小组的基因修改使蚊子产生更多的雄性后代，最终导致没有雌性出生，种群完全崩溃。这代表了第一个成功的性别扭曲基因驱动，这也是科学家的目标，因为这些修改有望在控制自然蚊子数量方面非常有效。

2018年有2.28亿疟疾病例，40.5万人死亡，需要采取新的干预措施来根除疟疾。世界上大约有3500种蚊子，其中只有40种相关的蚊子可以携带疟疾。该研究小组对冈比亚按蚊进行了改造，冈比亚按蚊是撒哈拉以南非洲地区的主要疟疾传播媒介。

人们希望冈比亚按蚊携带的性别扭曲基因驱动能在未来释放出来，在当地携带疟疾的蚊子种群中产生更多雄性蚊子，并导致它们崩溃。

因为只有雌性蚊子才会叮咬和吸血，所以只有它们才会传播疟疾，这种基因改造可能会产生双重效果，甚至在种群崩溃之前，就将蚊子数量向更少的雌性倾斜。

基于实验室的试验是关在笼子里的蚊子身上进行的，在研究小组考虑将任何转基因蚊子释放到野外之前，还需要进行更多的实验。研究结果发表在5月12日的《自然·生物技术》杂志上。

来自帝国理工学院生命科学系的首席科学家安德里亚·克里桑提教授说:“这项研究代表了一个重要的里程碑，它实现了长期以来的一个目标，那就是控制传播疟疾的蚊子的后代，从而只产生不咬人的雄性蚊子。这为科学家开发消除疟疾的遗传媒介控制方法开辟了一条新途径，最终目的是消灭这种疾病。”

只生雄性后代

这种基因改造的原理是在精子产生过程中利用一种DNA切割酶来破坏X染色体，从而产生一个以雄性为主的后代，因为雌性需要两个X染色体。虽然基于类似机制的性别扭曲机制之前已经被创造出来，但新版本的基因修改使其从一个非常小的初始频率以非常有效的方式在种群中传播。

由于基因驱动成分的存在，这种基因的传播速度比预期的要快，这意味着这种变异有近100%的几率遗传，而不是像正常交配那样只有50%的几率遗传。

将性扭曲因子与基因驱动相结合也增加了系统的鲁棒性。当在雄性之间传播时，它对任何“健康成本”都不那么敏感——这对雄性蚊子没有伤害，这意味着蚊子更有可能交配并传递它们的基因，这意味着这种改造可以有效地传播。

研究表明，这种带有雄性倾向的基因能够在人群中迅速传播，而不会被耐药性所阻止，只有一小部分最初的蚊子拥有这种基因(2.5%的释放频率)，这表明它有巨大的潜力在田间控制携带疟疾的蚊子。

进入下一阶段

在此之前，研究小组培育出了变异的冈比亚按蚊，这种蚊子可以传播雌性不育，而这类蚊子已经进行了更大规模的笼子试验，更接近自然条件。

这种带有雄性偏向的新蚊子比雌性不育蚊子的种群崩溃速度更快，而且还有一个额外的好处，那就是在更早的阶段就减少了叮咬雌性蚊子的比例。现在，它还将进行更大规模的笼子试验，在那里，对食物的竞争、交配动力和其它生态因素可能会改变基因驱动的命运。

这篇新论文的联合首席作者Alekos Simoni博士说:“这个新结果非常令人兴奋，很高兴看到这一系列蚊子进入项目的下一阶段。”当我们开始的时候，没有人知道它是否会起作用，所以我很自豪，因为我们把一个新的理论想法变成了在实验室中证明有效的东西，有可能拯救数百万人的生命。”

这项工作属于比尔和梅林达·盖茨基金会资助的Target Malaria项目。

蚊子被认为是世界上最致命的动物，它能传播多种疾病，包括寨卡病毒、登革热、黄热病和西尼罗河病毒。许多研究人员思考通过对蚊子进行基因修改从而消除传播源，但效果不一。

从2013年到2015年，一家英国生物技术公司Oxitec在巴西的雅可比娜(Jacobina)社区释放了数百万只基因修改的蚊子，以减少携带本土疾病的蚊子数量。但出乎意料的是，一些经过基因编辑的蚊子将其基因传给了本地蚊子，引发了人们的担忧，认为它们创造了一个更健壮的杂交物种。

在27个月的时间里，Oxitec每周向雅可比娜释放约45万只转基因雄性埃及伊蚊。这些蚊子经过改造，携带了一种“致命基因”，与雌性蚊子交配然后死亡。Oxitec表示虽然与转基因雄性交配后，约有3%的雌性会生育后代，但是，即使是幸存下来的少数后代也很虚弱，无法生育自己的后代。

不过，一组研究人员对这种方法是否按计划进行提出了质疑。在该公司释放转基因蚊子6个月、12个月、27个月和30个月后，他们采集了巴西本土蚊子种群的基因样本，发现转基因蚊子的一些基因已经转移到当地种群身上，也就是说一些后代存活了下来，并且足够强壮可以繁殖后代。

而这与研究人员承诺的释放菌株的基因不会进入普通种群，后代会死亡相反，此外，研究人员还担心基因的这种混合可能导致了“更健壮的种群”，也许能更好地抵抗杀虫剂或传播疾病。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

原文来源：

https://www.nature.com/articles/s41587-020-0508-1

https://www.sciencedaily.com/releases/2020/05/200512134447.htm 阅读原文