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基因编辑技术如何杀灭埃及伊蚊?转基因操作的目标是什么?

关于人蚊大战,基因技术祭出终极武器的这个话题,相信小伙伴们是非常有兴趣了解的,因为这个话题是目前网络上非常火热的,既然大家都想要了解的话,下面一起来瞧瞧。

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人蚊大战,人类已疲惫不堪

蚊子是世界上无处不在的物种。许多蚊子携带了病毒或者寄生虫,当它们叮咬人类时,病毒或寄生虫就有可能会感染人体,比如疟疾,就是蚊子传播的典型疾病,每年因疟疾死亡的人多达数十万。杀灭蚊子,切断传播途径是解决这些疾病传播的核心手段。

但是,蚊子的变异能力非常强。任何对付它们的手段,很快就会产生抗性。在人蚊大战中,人类不得不使用高毒的农药,比如DDT(学名双对氯苯基三氯乙烷)。DDT为解决疟疾作出了卓越的贡献,但同时也带来了严重的环境问题,许多国家为此不得不禁止使用它。这使得DDT甚至成了“曾经认为很好的科学发现,最后危害人类”的典型例子。但是,在疟疾严重的地区,比如非洲,DDT之外的手段对付蚊子都力不从心。于是,在“因疟疾而死人”和“DDT危害环境”的两害相权之下,非洲很多地方不得不继续使用高毒的DDT。

在世界其他地方,虽然疟疾已经得到了很好的控制,但蚊子传播的其他疾病,比如登革热 、寨卡病毒、黄热病等等,依然让世界各国的卫生部门头痛不已。

埃及伊蚊促使转基因蚊子的研发

埃及伊蚊( Aedes aegypti )是蚊子的一种,是传播登革热和寨卡病毒的罪魁祸首。2009年和2010年,美国一些地区爆发了登革热疫情。虽然我们很清楚控制了埃及伊蚊,就能控制这一疾病的传播,但实际做起来还是力不从心。在花费了数百万美元之后,蚊子还是没有得到有效的控制。美国卫生官员们不得不考虑其他的方案。于是一家公司开发的转基因蚊子,被选中了。

转基因操作的目标并不是直接清除登革热病毒,而是首先杀死埃及伊蚊,这样它们所传播的任何病毒也都会被消除。所以,虽然起初选择这一方案的目标是消除登革热,后来发现寨卡病毒也能很好地控制。

据估计,五分之四的人感染寨卡病毒没有任何症状,如有症状,最常见的是发热、皮疹、关节痛和结膜炎(红眼睛)。麻烦的是,寨卡病毒迄今尚未有疫苗对付,如果怀孕妇女感染了,它将会传递给胎儿。本来美国没有寨卡病毒,近年来随着国际交往而被带入美国本土,该病毒曾在佛罗里达出现。

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基因编辑技术如何杀灭埃及伊蚊

美国FDA此次批准试验的转基因埃及伊蚊,其体内会产生一种毒素。在实验室里,这种毒素被四环素所抑制,所以它对蚊子没有影响。一旦把转基因蚊释放到环境中,脱离了四环素的抑制,毒素就被激活了。事实上,这些毒素并非立即杀死蚊子,而是作用于其下一代。当释放的转基因雄蚊与自然环境中的雌蚊交配,产生的后代体内就会含有这种毒素。在蚊子幼虫发育早期,毒素有活性,会杀死它们自身。也就是说,这种技术是让交配的蚊子们逐渐失去繁殖能力,从而达到灭蚊效果。

这种转基因蚊已在巴西、巴拿马和加勒比海的开曼群岛进行试验过,达到了预期效果,所以研究者打算申请在美国本土进行释放试验。正好美国佛罗里达爆发了埃及伊蚊传播的寨卡疫情。

在公众对转基因技术充满顾虑的今天,这样的一个打算势必面临着许多争议。比如,用基因技术产生的这些毒素,蚊子也可能进化出抗性或者解毒机制,从而让这种手段失效。到那时,蚊子的繁殖又会重新回到自然繁殖的状态。此外,当地已有居民反对,用大众媒体喜欢的说法是“不做小白鼠”。征求意见期满之后,FDA最终能否批准这项试验,也还未然可知。

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基因驱动技术,强大得让人担心

其实,释放改造过的蚊子去对付蚊子,半个世纪前就开始了。彼时,释放的是绝育的雄蚊,让它们跟自然界的雄蚊子竞争,一旦绝育的雄蚊与雌蚊交配,其就无法产生后代。显而易见,这一方案的核心,在于有多少绝育蚊子进入自然环境。这种方法能产生多大的影响,取决于绝育雄蚊与野生雄蚊的力量对比。

实际上,我们的目标并不是消灭蚊子,而是消灭蚊子所带的病毒或者寄生虫。在自然界,并不是所有的蚊子都会携带病毒和寄生虫,对于这些蚊子来说,它们应该是有某种抗体来对抗病毒和寄生虫。如果把这些抗体基因转移到那些传播病毒的蚊子体内,这些转基因蚊子就不再“助纣为虐”,能够与人类和平共处。人类也就不再处心积虑地对消灭它们。

不过,按照孟德尔遗传规律,某一特定基因随着逐渐传代,会逐渐被“稀释”。几代之后,那些含有抗体基因的蚊子也就不剩下什么了。

基因驱动(Gene Drive)则是要打破孟德尔遗传规律。它的目标,是使所需要的目标基因在繁殖中得到优势传播——只要是与含有目标基因(比如经过基因改造能产生抗体的基因)的蚊子交配,产生的后代都含有这一基因。这一设想最早出现在1940年代,不过当时一直只是设想而已。直到10年前,英国伦敦帝国学院教授奥斯汀·伯特(Austin Burt)提出:依靠基因驱动的DNA剪切技术改变物种的基因,从而控制疾病的传播。不过,如何去剪以及如何改变,也还没有实际方案。以至于到了2014年,科学家们讨论基因驱动技术的潜在风险时,人们也还把它当作一个“假想的问题”。

出人意料的是,讨论之声犹在,2015年,美国就有两个研究组成功地研制出了基因驱动改造的物种,分别是蚊子和果蝇。技术的突破在于,最新的基因组编辑技术CRISPR/Cas9。对于采用有性繁殖方式繁衍后代的物种,这一技术都可以改变它们的任何基因,然后让它们在野生群体中传播下去。

在孟德尔遗传方式下,以蚊子为例,能产生抗体的基因改造蚊子,与不能产生抗体的野生蚊子交配,产生的子代是杂合子——也就是等位基因中一个能产生抗体,另一个不能。而经过基因驱动改造的蚊子,那段不能产生抗体的等位基因会被自动切掉,然后按照另一条DNA链上的基因序列进行修复。于是,得到的子代蚊子就成了能产生抗体的纯合子蚊子。因此,当它再与其他蚊子交配,不管对方能不能产生抗体,下一代都是能产生抗体的纯合子蚊子。这就意味着,只要释放一些有基因驱动改造、具有特定抗病毒基因的蚊子,经过若干代之后,这一蚊子就基本上都是带有抗体基因的“新物种”了。这种蚊子也就不再是传播这种疾病的罪魁祸首。

实际上,基因驱动技术的应用远不仅于此。除了用于改造蚊子消除疟疾、登革热、黄热病等蚊虫传播的疾病,它还可以用于根除入侵物种。因外来物种的入侵破坏了当地的生态环境,美国每年遭受的损失高达420亿美元,许多原生物种因入侵物种的生长能力太过旺盛而走向灭绝。

此外,农药和除草剂的使用会让目标物种产生抗性。一旦抗性产生,相应的农药和除草剂就失去了功效。如果对没有产生抗性的相应物种进行基因改造,再把它们释放到自然界中,也就可能消除这些物种的抗性。

基因驱动的研究刚刚开始。这一武器的威力实在强大——动辄就改变整个物种。除了研究它的应用,它是否会产生人类期望之外的后果?人类是否能够控制好它?……这都是摆在科学家们面前的课题,需要全面、深入地去考察研究。

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