基因调整可以防止蚊子传播疟疾

按蚊，Culicidae。

德阿戈斯蒂尼社论/via Getty Images

每年有2.63亿人感染疟疾。但从寄生虫的角度来看，感染人类比你想象的要困难，并且需要在蚊子的微小身体内完成史诗般的旅程。

首先，蚊子必须吸食疟疾感染者的血液——将疟原虫寄生虫带入昆虫的肠道。然后寄生虫必须到达小动物的唾液腺，在那里它准备通过叮咬注射到蚊子的下一个受害者体内。

现在，一组研究人员找到了一种方法来打断这一关键旅程。

通过使用基因编辑对蚊子的基因组进行微小的调整——只改变一个氨基酸——寄生虫在很大程度上被阻止到达最终目的地。研究人员周三在《自然》杂志上报告说，这一变化有效地使实验室蚊子对疟疾传播具有很强的抵抗力。

“你可以只改变一种氨基酸而不让寄生虫传播的想法是一件非常重要的事情，”北卡罗来纳州立大学昆虫学家弗雷德·古尔德说，他没有参与这项研究。“这真的很令人兴奋。”

这种微小的调整可以使用基因驱动传播到整个蚊子种群，这是一种打破正常 50-50 遗传规则的基因技术。基因驱动是可以插入个体基因组并导致特定突变或基因传递给几乎所有后代的 DNA 序列，而不仅仅是 50%。

后续步骤

最终，研究人员希望用这种方法改造蚊子并将它们释放到野外。

“这些蚊子会自行传播，并逐渐将传播疟疾的蚊子种群转变为不能传播疟疾的蚊子种群，”约翰霍普金斯大学生物学家、研究合著者乔治·迪莫普洛斯说。

迪莫普洛斯并没有声称这项技术将成为疟疾棺材上的最后一颗钉子，而且它还远未准备好发布。至少需要几年时间才能进行现场测试，并且需要当地社区和政府的支持和批准。但他认为，需要新的遗传工具来消除这种疾病，因为蚊帐和抗疟药等现有工具无法将每年导致 600,000 人死亡的疟疾变成过去的疾病。

后果呢？

但基因驱动技术存在争议。

“基因驱动可能会产生深远的、不可预测的负面后果，”环境非营利组织地球之友新兴技术高级项目经理达纳·珀尔斯 （Dana Perls） 说。因为它们扭曲了正常的遗传模式，“从基因驱动到蚊子种群的遗传变化很可能会持续很长时间，甚至可能是永久性的。

批评者担心，旨在将一个微小变化传播到基因组的基因驱动最终可能会发生突变，从而影响基因组的其他部分。这可能会导致在研究人员有机会阻止它之前，意想不到的变化在人群中快速传播，从而可能颠覆生态系统的微妙平衡。

尽管如此，研究人员仍在探索几种基因编辑策略。有些旨在通过使个体不育来抑制蚊子数量。但有人担心，消灭蚊子可能会对生态系统产生意想不到的后果——例如，通过消除鸟类和蝙蝠的食物来源。

另一种策略是用新基因改造蚊子，这些基因会制造出扰乱寄生虫本身的蛋白质，在不伤害虫子的情况下遏制传播。

迪莫普洛斯和他的同事想采取一种不同的方法，一种可以扰乱寄生虫的方法，但不添加全新的基因。他们确定了一种名为 FREP1 的基因。它帮助蚊子以血液为食。但它似乎对寄生虫也很重要，寄生虫用它来以研究人员不完全理解的方式完成它们通往唾液腺的关键旅程。

有些蚊子有一个微小的基因变化，似乎扰乱了这一旅程。研究人员使用 CRISPR（一种可以非常精确地改变基因组的基因编辑技术）创建了两个几乎相同的按蚊群，一个具有正常的 FREP1 基因，一个具有该变体。该变体非常小，只改变一种氨基酸，即蛋白质的基本组成部分。

但这个小小的变化产生了很大的影响。

具有编辑变体的蚊子在唾液腺中的感染性寄生虫数量减少约 5 倍，中位数为零，而未编辑的蚊子中只有数千个。肠道中的寄生虫也明显减少。否则，昆虫看起来非常健康。

目前尚不清楚这种基因调整究竟会在多大程度上损害蚊子传播疟疾的能力。但之前的研究表明，“疟疾传播减少 90% 左右或多或少是你所期望的，”加州大学圣地亚哥分校的遗传学家、研究合著者伊桑·比尔说。“我自己也很惊讶，一个氨基酸的变化就可以做到这一点。”

接下来，研究人员表明，他们可以通过基因驱动迅速传播这种有益的变化。该变体仅用了 10 代就传播到超过 90% 的实验室人口。

“这确实是一项出色的工作，”加州大学欧文分校的分子生物学家安东尼·詹姆斯说，他没有参与这项研究，但致力于向蚊子引入新的抗性基因。由于这种变化是自然发生的，他说对于对基因工程持谨慎态度的人来说，它可能“稍微更容易接受”。

“有不止一种可用的方法是件好事，”他说。如果疟疾寄生虫进化出对这些新工具的抗药性，这一点尤其重要。