科学家计划如何消除疟疾: 通过使蚊子自毁

作者: 尼古拉斯·韦德

疟疾是世界上最严重的祸害之一。2016年，这种由寄生虫引起并由蚊子传播的疾病感染了非洲的1.94亿人，并导致445,000死亡。

但是生物学家现在已经开发了一种操纵蚊子遗传学的方法，迫使整个昆虫种群自我毁灭。该技术在实验室测试中被证明是如此成功，以至于其作者认为疟疾可以在二十年内消除。

由伦敦帝国理工学院的生物学家安德里亚·克里斯坎蒂 (Andrea criscanti) 领导的研究小组改变了一种破坏蚊子性发育的基因; 雌性不育，但雄性仍然能够将使人衰弱的基因传播到数量不断减少的后代中。他和他的同事在周一的《自然生物技术》杂志上报道说，crianti发现实验室中的蚊子种群可以在11代之内灭绝。根据计算机模型，野生种群可能会在大约四年内崩溃。

该技术涉及为蚊子配备基因驱动，这是一种将选择的基因强制导入生物体所有后代的遗传机制。(通常，有性生殖只会将基因传递给后代的一半。)基因驱动所携带的基因可以非常迅速地在人群中传播，这使得该技术既强大又具有潜在的危险。

以前使用基因驱动来减少蚊子繁殖力的努力失败了，因为科学家靶向的DNA片段中出现了突变，使工程变更无效。自然选择极大地偏爱这些突变，并允许蚊子逃脱遗传陷阱。

相反，Crisanti和他的同事找到了一种方法来靶向一段DNA，这种DNA从不因蚊子而异，大概是因为每个DNA单元都起着至关重要的作用，以至于任何突变都会杀死该生物。这种不变的DNA序列出现在一个名为doublesex的基因中; 它决定了非洲疟原虫的主要携带者冈比亚按蚊的性发育。

Crisanti的团队设计了一种选择性破坏doublesex基因的方法。继承它的雌性发育具有模棱两可的性特征; 不能咬人，因为它们具有男性型口器; 并且不育。但是雄性不受影响，并继续传播破坏性基因，直到不再产卵。

在实验室中，当具有doublesex基因驱动的雄性被放置在野生蚊子的笼子里时，种群被驱逐到只有7到11代灭绝。在DNA的靶向序列中找不到突变。“我们并不是说这是100% 抵抗的，” 克里斯安蒂说。“但看起来很有希望。”

麻省理工学院研究基因驱动进化的凯文·埃斯费尔特指出，蚊子控制的生物学方面现在已经接近解决。“有了这一成就，拯救生命的主要障碍可以说不再是技术上的，而是社会和外交上的，” 他说。

将基因驱动器投入野外是一个艰难的决定，因为一旦释放，驱动器就无法召回或在出现任何问题时轻易禁用。多年来，科学家们一直在争论这项技术可能带来的危险，他们希望确保这项有前途的新技术不会引起公众对转基因食品的不信任。2016年，美国国家科学院呼吁在发布任何基因驱动之前进行广泛的测试和公众咨询。

伦敦帝国理工学院的生物学家，新论文的合著者奥斯汀·伯特 (Austin Burt) 2003年提出了如何使用基因驱动来控制害虫种群的理论。Cristanti的团队在意大利的一家工厂对doublesex基因驱动器进行了更大的实验，但是在非洲进行的小规模野外试验充其量可能还需要几年的时间。

这样的计划将只需要在每个村庄释放几百只携带蚊子。伯特说: “我们不必袭击每个村庄，也许只有1% 个村庄。”完全根除是不必要的; 一旦蚊子的数量低于一定数量，疟疾寄生虫就无法维持其种群。“如果没有意外的技术或监管延迟，” 伯特说，“有可能设想，基因驱动蚊子与其他方法相结合，可以在15年内消除非洲大部分地区的疟疾。”

该估计可能是乐观的。消除疟疾可能需要在整个大陆范围内达成协议，因为基因驱动一旦释放，可能不会局限于一个国家，生物学家希望避免任何意想不到的后果。到目前为止，所有分析的昆虫都依靠doublesex基因来指导其性发育。如果改变的doublesex基因驱动力以某种方式从蚊子跳到另一种昆虫，例如蜜蜂，那将是灾难性的。

Crisanti否认了这种可能性: 他指出，每个昆虫物种都有自己的doublesex基因版本和该基因的高度保守区域，因此针对一个物种的基因驱动在其他任何物种中都不起作用。因此，该技术可能针对各种有害昆虫。“这些序列可能是许多害虫中存在的致命弱点，” Crisanti的团队在他们的论文中写道。

Esvelt承认新的基因驱动可能会传播到其他昆虫，但他说，如果这样做的话，最有可能的宿主将是其他按蚊。