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基因驱动改造蚊种有望终止疟疾传播

时间: 2015年12月04日 | 作者: admin | 来源: 环球科学(huanqiukexue.com)
基因驱动技术可以让抗疟基因在野生种群中快速扩散开来。

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斯氏按蚊(Anopheles stephensi)可在人体中传播疟原虫。

图片来源:Sinclair Stammers/Science Photo Library


近期,科学家改造出可抵抗疟原虫感染的突变蚊种,以期能在某些地区一劳永逸的阻断疟疾传播。


携带疟原虫(Plasmodium)的蚊子可将疟疾感染给人类。先前的研究表明,基因改造的蚊子可以彻底断绝疟原虫P. falciparum的感染,但研究者们并不能保证这种抗性基因可以在野生种群中快速地传播。


11月23日发表在《美国科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)的一项研究利用了一种存在争议的基因驱动(gene drive)技术,使得改造蚊种所携带的抗性基因能够稳定遗传给几乎所有的子代,而在通常情况下,这一遗传比例仅能达到一半。


通过这种技术,一种新型基因就能像星星之火一样在野生种群中快速传播开来。


哈佛大学的进化工程学家Kevin Esvelt从事酵母和线虫的基因驱动研究,他表示:“这项工作意味着,现阶段的研究与最终能够投入使用的基因驱动候选方案已经近在咫尺”。


而对于该研究的作者之一、加州大学欧文分校的分子生物学家Anthony James来说,这项成果意味着30年来通过蚊类遗传学防治疟疾的研究画上了句点。


为实现这一目标,James及其研究团队始终致力于分子遗传工具的构建。他们曾成功解决了培育转基因蚊子的这一著名技术难题,并筛选出抵抗疟原虫P. falciparum感染的抗性基因。但James并不能保证这些基因可以在野生种群中稳定遗传下去。


突飞猛进

基因驱动的概念已经出现了十年左右,James的研究团队也曾对此进行过尝试,但进展一直非常缓慢,这让大家十分痛苦。


就在今年一月,加州大学圣地亚哥分校的发育生物学家Ethan Bier和Valentino Gantz与James取得联系并带来令人振奋的成果:他们已经在果蝇中成功地实现了基因驱动技术,并且想要尝试将该系统应用到蚊子中。James立即表示同意并开始进行合作实验。


在果蝇试验中,Bier和Gantz利用CRISPR-Cas9基因编辑系统来实现基因驱动。他们在果蝇体内插入了一些基因,这些基因编码的是可以把特定突变插入基因组中的系统组件,随后CRISPR-Cas9系统即可将突变从一条染色体复制到另一条染色体上。James利用这套系统将两个抗疟原虫基因成功导入到蚊子体内。


这种改造蚊种可将修饰基因稳定遗传给超过99%的后代。尽管研究者们没有验证是否所有的蚊子能够抵抗疟原虫,但是他们可以确认子代蚊子体内都表达出该抗性基因。


从事新兴技术研究的麻省理工学院政治科学家Kenneth Oye表示:“这项研究具有重大的突破意义,该领域正在飞速发展”。


其他研究团队也正在利用基因驱动技术进行疟疾防治研究。帝国理工学院的一个研究团队基于CRISPR技术在冈比亚按蚊(Anopheles gambiae)中完成了基因驱动,该蚊种已知可在撒哈拉以南的非洲地区传播疟疾。据团队成员、进化遗传学家Austin Burt介绍,该研究中的基因驱动可使得雌蚊中与产卵有关的基因失活,从而减少蚊类种群量。该研究成果将发表在下个月的Nature Biotechnology期刊上。


Oye表示,这样的技术突破已经超前于有关应用基因驱动改造野生种群的生物监管和政策研讨。由于基因驱动技术有可能颠覆整个生态系统,因而也饱受争议。


Oye认为研究人员在进行野外试验之前,应当充分考虑突变物种将引发的长期影响,包括遗传稳定性、基因扩散到其他物种的可能性及其对应的防控措施等。他表示:“我并不担心研究失败,反而对这些超自然的破坏力感到担忧。”


Esvelt提到,美国地区的科研工作者挑选外来蚊种进行试验是一个极其明智的选择。(其研究团队选用了原产于印度次大陆的斯氏按蚊。)“即便这些蚊子逃出实验室,也无法繁殖和传播驱动基因。”


James预计其研究团队需要不到一年的时间来准备适用于野外试验的蚊子,但他并不急于将蚊子释放到野外。“除非社会科学发展到让我们可以妥善掌控这种新技术的程度,否则我们不会进行下一步的实验”,他说,“我们并不想做任何愚蠢的事情。”(撰文: 海迪•莱德福(Heidi Ledford)、尤恩•卡拉韦(Ewen Callaway)  翻译:张雪  审校:史静雯)


原文链接:

http://www.nature.com/news/gene-drive-mosquitoes-engineered-to-fight-malaria-1.18858