用蜘蛛和蝎子毒素设计的杀蚊真菌可以帮助对抗疟疾

据世界卫生组织(WHO)称，疟疾每年导致近50万人死亡。在撒哈拉以南非洲一些受灾最严重的地区，携带疟疾寄生虫的蚊子已经对传统的化学杀虫剂产生抵抗力，使抗击这种疾病的努力复杂化。

来自马里兰大学和来自布基纳法索，中国和澳大利亚的同事的一项新研究表明，一种基因工程产生蜘蛛和蝎子毒素的灭蚊真菌可以作为一种高效的生物控制机制来对抗携带疟疾的蚊子。这种真菌对蚊子具有特异性，对人类没有危害。此外，研究结果表明，真菌对蜜蜂和其他昆虫也是安全的。该研究于2017年6月13日在线发表在“科学报告”期刊上。

“在本文中，我们报告说，我们最有效的真菌菌株，能够表达多种毒素，能够用单孢子杀死蚊子，”UMD昆虫学系的研究生，一位合着者Brian Lovett说。论文。“我们还报告说，我们的转基因真菌可阻止蚊子进食。这意味着我们的真菌菌株能在五天后防止90%以上的蚊子传播疾病。”

研究人员使用了真菌绿僵菌(Metarhizium pingshaensei)，它是蚊子的天然杀手。该真菌最初是从蚊子中分离出来的，以前的证据表明该真菌对携带疾病的蚊子有特异性，包括冈比亚按蚊和埃及伊蚊。当真菌的孢子与蚊子的身体接触时，孢子会发芽并穿透昆虫的外骨骼，最终从内到外杀死昆虫宿主。

然而，就其本身而言，真菌需要相当高剂量的孢子和大量时间才能产生致命效应。为了增强真菌的致命能力，研究人员利用几种基因表达真菌，这些基因表达来自蜘蛛和蝎子毒液的神经毒素 - 单独使用或与其他毒素结合使用。毒素通过阻断神经冲动传递所需的钙，钾和/或钠通道起作用。

研究人员随后在布基纳法索测试了野生捕获的抗杀虫蚊子的工程真菌菌株。每种工程菌株都比未改变的真菌更快更有效地杀死蚊子。但最有效的菌株使用两种毒素的组合，一种来自北非沙漠蝎子Androctonus australis，另一种来自澳大利亚蓝山漏斗网蜘蛛Hadronyche versuta。蝎毒素阻断钠通道，而蜘蛛毒素阻断钾通道和钙通道。这两种毒素都已被美国环境保护局批准用于杀虫剂。

“世界卫生组织已确定杀虫剂抗药性是有效控制蚊虫的主要威胁，这不仅与疟疾有关，而且与登革热，黄热病，病毒性脑炎和丝虫病等蚊子传播的疾病有关，”雷蒙德·圣莱杰说。，UMD昆虫学系的杰出大学教授和该研究的资深作者。“与仅针对钠通道的化学杀虫剂不同，许多蜘蛛和蝎子毒素会袭击神经系统的钙和钾离子通道，因此昆虫没有预先存在的抵抗力。”

当Lovett，St。Leger和他们的同事将毒素基因插入到金龟子真菌中时，它们包括一个额外的失效保护：高度特异的启动子序列，或遗传“转换”，确保毒素基因只能在血液中激活。昆虫。结果，真菌不会将毒素释放到环境中。

为了进一步确保非目标昆虫物种的安全性，研究人员还测试了蜜蜂上的工程真菌菌株。在布基纳法索工作的研究小组利用被动方法(将蜜蜂暴露于孢子涂层织物)和直接方法(用悬浮在液体中的孢子喷洒蜜蜂)故意感染当地蜜蜂。两周后，由于毒素增强的真菌，没有蜜蜂死亡。

“我们使用的毒素是有效的，但对昆虫来说是完全特异的。它们只在昆虫中表达真菌。此外，真菌对蜜蜂和其他有益物种毫无作用，”St. Leger说。“因此，我们在工作中有几个不同的生物安全层。”

受当前研究结果的鼓舞，研究人员计划在布基纳法索扩大他们的实地测试方案。目前，该团队正在测试蚊子的孢子，这些蚊子包含在一个类似于温室的定制外壳中，墙壁由网而不是玻璃制成。研究人员还在测试与蚊子密切相关的昆虫物种的真菌，如mid and和蚊蝇，以确保真菌对非目标昆虫是完全安全的。最终，该团队希望在野外部署野生蚊子种群的孢子。

“这是我们第一次深入研究表达毒素的真菌对蚊子的影响，超出了它们杀死它们的能力。这也是我们对杀虫蜘蛛和蝎子毒素库的最广泛描述，”洛维特说。“我们的研究结果直接扩展了我们对这些技术如何在田间用于防治害虫的理解。”

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