蚊子是地球上最致命的生物之一。它們攜帶病毒，細(xì)菌和寄生蟲，它們通過叮咬傳播，每年感染約7億人，每年造成100多萬人死亡。

隨著國(guó)際旅行，移民和氣候變化，這些感染不再局限于熱帶和亞熱帶發(fā)展中國(guó)家。西尼羅河病毒和寨卡病毒等病原體在美國(guó)及其領(lǐng)土上造成了可能持續(xù)的大規(guī)模爆發(fā)，并且一直在發(fā)現(xiàn)新的侵入性病原體。目前，對(duì)這些疾病的控制主要限于廣譜殺蟲劑噴霧劑，其可以傷害人類和非目標(biāo)動(dòng)物和昆蟲。如果有一種方法可以控制這些破壞性疾病而沒有廣泛使用殺蟲劑的環(huán)境問題怎么辦?

基因改造蚊子以預(yù)防疾病可能聽起來像科幻小說，但近年來該技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到不再是深夜電影的情景。事實(shí)上，它甚至不是一個(gè)新想法; 早在20世紀(jì)40年代，科學(xué)家就在談?wù)摳淖兝ハx種群來控制疾病。今天，轉(zhuǎn)基因(GM)蚊子，在過去的發(fā)展幾 十年的研究在大學(xué) 實(shí)驗(yàn)室，在全球許多地方，包括美國(guó)，都被用來對(duì)付由蚊子傳播的病原體 - 包括登革熱和寨卡病毒等。目前正在利用轉(zhuǎn)基因蚊子對(duì)抗瘧疾這一最具破壞性的蚊子傳播疾病，盡管尚未實(shí)施瘧疾控制的實(shí)地釋放。

20多年來，我一直在研究轉(zhuǎn)基因蚊子，作為實(shí)驗(yàn)室工具和抗擊疾病。在那段時(shí)間里，我親眼目睹了技術(shù)從理論到現(xiàn)場(chǎng)使用的技術(shù)。我已經(jīng)看到了低效，隨機(jī)和慢速的舊技術(shù)為像CRISPR這樣的新方法鋪平了道路，這種方法能夠高效，快速和精確地編輯蚊子基因組，而ReMOT Control則無需將材料注入蚊子胚胎。這些新技術(shù)使轉(zhuǎn)基因蚊子用于疾病控制不是“如果”的問題，而是“何時(shí)”和“何時(shí)”的問題。

不要擔(dān)心，這些遺傳變化只會(huì)影響蚊子 - 當(dāng)蚊子叮咬它們時(shí)，它們不會(huì)傳播給人們。

使用轉(zhuǎn)基因蚊子的方法

目前有兩種替代方法用于使用轉(zhuǎn)基因蚊子控制蚊子傳播的疾病。第一種是“ 種群替代”，其中生物學(xué)上能夠傳播病原體的蚊子群體被不能傳播病原體的蚊子“替換”。該方法通常依賴于稱為“基因驅(qū)動(dòng)”的概念來傳播抗病原體基因。在基因驅(qū)動(dòng)中，遺傳特性 - 一個(gè)基因或一組基因 - 依賴于遺傳的一個(gè)怪癖，傳播到蚊子后代的一半以上，從而提高了人群中特征的頻率。

第二種方法稱為“人口抑制”。這種策略可減少蚊子數(shù)量，從而減少蚊子傳播病原體的次數(shù)。

雖然概念基因驅(qū)動(dòng)器蚊子是幾十年的老，基因編輯技術(shù)CRISPR終于使我們能夠輕松地工程是在實(shí)驗(yàn)室中。然而，基于CRISPR的基因驅(qū)動(dòng)尚未在自然界中部署，主要是因?yàn)樗鼈內(nèi)匀皇且环N缺乏穩(wěn)固的國(guó)際監(jiān)管框架的新技術(shù)，但也是由于與蚊子種群阻力的演變有關(guān)的問題將阻止該基因從傳播。

它可能不是很明顯，但“基因驅(qū)動(dòng)”中的基因根本不需要是基因 - 它可以是微生物。所有生物體不僅存在于其自身的基因組中，還存在于其所有相關(guān)微生物的基因組中 - “全基因組”。微生物基因組通過遺傳在群體中的傳播也可以被認(rèn)為是基因驅(qū)動(dòng)。根據(jù)這個(gè)定義，已經(jīng)部署在蚊子群體中用于疾病控制的第一個(gè)基因驅(qū)動(dòng)是稱為Wolbachia的細(xì)菌共生體。沃爾巴克氏體(Wolbachia)是一種細(xì)菌，可以感染高達(dá)70%的已知昆蟲物種，在那里它劫持昆蟲繁殖，通過種群傳播。

在美國(guó)，埃及伊蚊，藍(lán)色和白紋伊蚊，紅色的攜帶登革熱和寨卡病毒的估計(jì)范圍。收集這兩個(gè)物種的州和地區(qū)是紫色的。除阿拉斯加州外，所有美國(guó)州和地區(qū)都面臨西尼羅河病毒的風(fēng)險(xiǎn)。圖片來源：Jason Rasgon，CC BY-ND

因此，Wolbachia本身(其基因組約有1,500個(gè)基因)充當(dāng)了被驅(qū)使進(jìn)入群體的遺傳特性。當(dāng)沃爾巴克氏體被轉(zhuǎn)移到之前未感染的蚊子中時(shí)，它常常使蚊子更能抵抗可導(dǎo)致人類疾病的病原體感染，例如多種病毒(包括登革熱和寨卡病毒)和瘧疾寄生蟲。

一種抗擊疾病的細(xì)菌

在過去的八年中，研究人員已經(jīng)將果蠅中存在的Wolbachia 轉(zhuǎn)移到了傳播登革熱病毒的蚊子中。然后，這些改良的昆蟲在十幾個(gè)國(guó)家被釋放以控制疾病。雖然作為“非轉(zhuǎn)基因策略”進(jìn)行營(yíng)銷，但人工感染W(wǎng)olbachia的蚊子顯然屬于轉(zhuǎn)基因保護(hù)傘，因?yàn)槌^1,500個(gè)基因(整個(gè)細(xì)菌基因組)已從原始的果蠅宿主轉(zhuǎn)移到蚊子中。

澳大利亞這些釋放的初步登革熱控制結(jié)果很有希望。但是，這種疾病具有較高疾病風(fēng)險(xiǎn)的其他版本領(lǐng)域，如南美和亞洲的控制，仍需要確定，特別是一些研究 已經(jīng) 證明 是 沃爾巴克氏體有時(shí)會(huì)增加病原體感染蚊子，而不是壓制它。

轉(zhuǎn)基因蚊子消滅蚊子

目前人口抑制的最佳例子是轉(zhuǎn)基因無菌蚊子的釋放。這是幾十年前的無菌昆蟲技術(shù)(SIT)的現(xiàn)代旋轉(zhuǎn)，其中不育的雄性昆蟲被釋放到自然種群中以與野生雌性交配，從而減少蚊子種群。但是，不是用輻射或化學(xué)物質(zhì)對(duì)蚊子進(jìn)行粗暴滅菌，而是使用聰明的基因工程對(duì)它們進(jìn)行消毒。該公司Oxitec公司已經(jīng)設(shè)計(jì)與致死女性基因蚊子，但不以男性居多，不咬或傳播疾病。成千上萬的這些轉(zhuǎn)基因雄性被釋放到自然界中，在那里它們與種群中的野生雌性交配。遺傳修飾是由這些交配的后代遺傳的; 雌性后代死亡，而攜帶該基因的雄性后代則存活并繼續(xù)將這種特性傳遞給后代。隨著雌性越來越少，蚊子數(shù)量大幅減少。Oxitec已經(jīng)在大開曼群島，馬來西亞，巴西和佛羅里達(dá)州進(jìn)行了發(fā)布。

對(duì)這些無菌蚊子釋放有一些反對(duì)意見，特別是在佛羅里達(dá)州。例如，在2016年，佛羅里達(dá)群島的Oxitec試驗(yàn)遇到了一些當(dāng)?shù)刈枇?。然而，與基因驅(qū)動(dòng)策略不同，無菌蚊子(基因改造或未轉(zhuǎn)基因)的釋放具有最小的環(huán)境足跡和任何疾病控制策略的最高安全性; 當(dāng)然比廣譜殺蟲劑噴霧劑更安全。它是高度針對(duì)性的，因此如果它起作用，將僅導(dǎo)致消滅目標(biāo)蚊子物種，在這種情況下(埃及伊蚊)是佛羅里達(dá)州的高度侵入性和非天然蚊子。

除基因驅(qū)動(dòng)外，Wolbachia細(xì)菌也被用于種群抑制。被細(xì)菌感染的雄性被釋放到未被感染或被不同的Wolbachia菌株感染的蚊子群體中，這導(dǎo)致“不相容的”或無菌的交配。這種策略有著悠久的歷史，并且在20世紀(jì)60年代首次用于抑制蚊子種群，之后人們甚至知道Wolbachia在相互交配時(shí)導(dǎo)致某些蚊子種群無菌。目前，Wolbachia滅菌的雄性已經(jīng)在多個(gè)國(guó)家釋放，包括澳大利亞和美國(guó)，加利福尼亞州和佛羅里達(dá)州，以控制登革熱病毒。

在一個(gè)日益相互聯(lián)系的世界中，以及全球氣候變化帶來的額外問題，病原體不太可能局限于發(fā)展中國(guó)家，但對(duì)美國(guó)來說也是一個(gè)日益嚴(yán)重的問題。隨著蚊子對(duì)殺蟲劑抗性的演變，轉(zhuǎn)基因技術(shù)有可能減輕全球蚊子傳播疾病的負(fù)擔(dān)，而不會(huì)產(chǎn)生與有害農(nóng)藥使用相關(guān)的環(huán)境和健康風(fēng)險(xiǎn)。

如果它聽起來像科幻小說，不要害怕; 它可能只是拯救你的生命。