基因驅動與人蚊大戰

楊欣

目前，寨卡病在南美的流行和進入中國讓人們更加重視蚊子傳播的疾病。蚊子能傳播80多種疾病，很多疾病都能導致嚴重健康問題，并導致人死亡或產生畸形，如瘧疾、黃熱病、登革熱、流行性乙型腦炎、基孔肯雅熱、淋巴絲蟲病和寨卡病等。

由此，研究人員在不斷思考，如何戰勝由蚊子傳播的疾病。在基因編輯技術CRISPR

Cas9顯示出巨大的改造基因和戰勝疾病的潛力時，人們想到了基因驅動可能是戰勝蚊子，從而減少或杜絕其傳播疾病的重要武器。

基因驅動是什么？

基因驅動是一種技術，最早是2003年由英國倫敦帝國理工學院進化遺傳學教授奧斯汀·伯特提出的，指的是一個能夠快速將特定性狀擴散到群體中去的系統，也即通過特定基因把某些生物性狀迅速傳遞到一個生物種群中。這種技術目前發展最快的是CRISPRCas9。一般來說物種中都會存在這樣一些基因，它們在繁殖的過程中被遺傳的概率比普通基因高出50%。即使這些基因可能導致個體的適應性下降，它們也可以很容易在生物群體中散播。

根據基因驅動的理論，人們可以將一些人為改造的基因散播到野生生物群體中，以控制某些生物群體?；虻母脑彀ɑ虻脑鎏?、破壞或者修飾，從而減少個體的生育能力。這也意味著人工改造的基因驅動有可能把一些特定的目標基因導入一些野生生物種群中進行擴散，抑制有害生物物種，甚至造成一些對人有害的野生種群的滅絕。

現在，對于人類來說，這樣的野生種群最佳的候選者就是蚊子。因為它們能傳播很多疾病，如果利用基因驅動讓蚊子滅絕，就有可能大大減少這些疾病的產生，更沒有必要服藥治病了，因為即便服藥治病，病原體也會很快產生耐藥性而讓藥物失效，如瘧原蟲對藥物產生耐藥性。

根據基因作用的類型，可以把基因驅動分為幾類，但這只是初步的分類，如內切酶基因驅動、性連鎖減數分裂驅動和顯性不足基因驅動等。以內切酶基因驅動為例，基因驅動技術一般通過序列特異性的內切酶構建，比如轉錄激活因子樣效應物核酸酶（TALEN）、鋅指酶或者CRISPRCas9。在減數分裂的細胞中，如果一個拷貝的染色體含有能表達的內切酶基因，這種酶就會切割另一個染色體形成雙鏈斷裂。細胞在進行修復的時候，會將第一個染色體當作模板，把內切酶基因拷貝到第二個染色體中。在理論上，每一個后代都會攜帶該基因的一個拷貝。

CRISPRCas9技術就是一種非常有效的內切酶基因驅動。CRISPR是“規律的成簇間隔短回文重復”的英文簡寫，Cas是Caspase的簡稱，即“含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶”。CRISPR與Cas9結合起來就成為一種精準的基因剪刀，可以對特定基因進行增添、刪除、破壞或者修飾，從而讓某些基因在某一生物群體，如蚊子中擴散，讓其滅種。

不過，研究人員發現，在目前的情況下，基因驅動只在少數生物中能發揮作用，如酵母、果蠅和蚊子。顯然，蚊子是現在人們最想利用基因驅動來對其滅種的生物。

蚊子是基因驅動的首選目標

蚊子對人類的殺傷最大，致死的人也最多。世界衛生組織和世界糧農組織的一份統計顯示，被視為海洋中頭號殺手的鯊魚每年在全球殺死的人不過10位，但是，蚊子每年在全球殺死的人高居第一，有72.5萬人，人類對自己同類每年相互殺戮而致死的人高居第二，有47.5萬人。蚊子每年殺人比人類自相殘殺還多出25萬。其中，蚊子傳播的幾種疾病，如瘧疾、登革熱和黃熱病等是殺人最多的疾病。

瘧疾是由按蚊傳播的。按蚊喜歡夜晚出沒，在農村、有樹林的城市和河邊、濕地等地方，按蚊是最活躍的。按蚊傳播的瘧疾病例每年達三五千萬。從世界范圍看，瘧疾主要在非洲、南美洲和亞洲南部流行，潛在感染人口數量在32億，幾乎占世界總人口的一半。世界衛生組織2015年的統計數據表明，共有97個國家和地區發生瘧疾，瘧疾感染者超過2140萬，導致43.8萬人死亡，其中大部分是兒童，平均每一分鐘就有一名兒童死于瘧疾。

另一種吸血和傳播疾病的蚊子是伊蚊，但是它與按蚊不同，不是在夜間行動，而是喜歡在大白天公然作案，主要作案點是在城市。它們叮咬人后不僅傳播登革熱、黃熱病、基孔肯雅熱、淋巴絲蟲病，還傳播寨卡病。

過去，人們對伊蚊傳播的登革熱并不以為然，但是這一疾病感染和殺死的人數可能僅次于瘧疾。登革熱的流行區域主要在熱帶和亞熱帶地區，其潛在感染人口數量在25億～30億，占世界總人口的40%。20世紀60年代以來，登革熱患者數量一直在顯著上升，每年有5000萬～5.28億人染病，造成約2.5萬人死亡。

此外，伊蚊傳播的黃熱病俗稱“黃杰克”“黑嘔”，是由黃熱病病毒所致的急性傳染病，主要媒介在城市是埃及伊蚊，在農村為趨血蚊和非洲伊蚊，傳播途徑是蚊子的叮咬。在黃熱病疫苗發明前，這一疾病的病死率高達80%，每年在全球要殺死幾十萬人。一個著名的事例發生在1802年，法國的拿破侖派遣了一支25000人的軍隊到西印度群島（南北美大陸間的群島）的卡伊德島去鎮壓當地反叛分子。但是，軍隊登陸后大部分人都染上了黃熱病，并導致23000人死亡，病死率達到92%。對此，拿破侖也束手無策，只好任憑余下的2000名殘兵敗將逃離。也因此，黃熱病擊敗了所向披靡的拿破侖軍隊。

20世紀30年代后，由于發明了黃熱病疫苗，由蚊子傳播的黃熱病導致的死亡人數劇減，南非的馬克斯·泰勒也因發現黃熱病疫苗而獲得1951年諾貝爾生理學或醫學獎。

今天如果能利用基因驅動，就可以滅絕蚊子，從而也能征服由蚊子傳播的多種疾病?，F在，按蚊和伊蚊就是人類最主要的征服對象。

轉基因蚊讓蚊子毀滅

為了達到基因驅動毀滅蚊子的目的，可以采用各種轉基因技術生成轉基因蚊，然后讓這些蚊子攜帶的轉基因發揮作用，在種群中擴散，經過多代繁衍，讓某一蚊子種群自毀。

在利用CRISPRCas9技術進行基因驅動之前，研究人員就采用了“昆蟲顯性致死釋放技術”（RIDL）來生產轉基因蚊。轉基因蚊的雌蚊不能存活（只有雌蚊叮人），雄蚊能存活，再通過釋放雄蚊與野生雌蚊交配，將外源性基因傳遞到蚊子的若干代，最后讓目標蚊子，如埃及伊蚊、白紋伊蚊和岡比亞按蚊等種群滅絕。

昆蟲顯性致死釋放技術的核心是構建一個復合轉座子（外源性基因，即轉入的基因），包括體外連接昆蟲轉座子、特異啟動子、顯性致死基因、轉錄激活域、熒光標記等元件，復合轉座子的活性開關由四環素控制，在昆蟲轉座子的引導下，復合轉座子插入蚊子基因組，形成轉基因蚊。

由于復合轉座子不同，昆蟲顯性致死釋放技術可以產生雙性（雌性和雄性）品系的轉基因蚊和單性（雌性）品系的轉基因蚊。在正常飼喂四環素時，雙性品系能正常生長出雄蚊和雌蚊，然后去除雌蚊，把雄蚊大量釋放到野外與野生雌蚊交配，由于缺乏四環素抑制，復合轉座子活性開啟，蚊子的后代將無法存活。

雌性品系在飼喂四環素的情況下同樣能正常生長，但如果停用四環素，復合轉座子活性開啟，只有雄蚊才能存活并被大量釋放，其雌性后代在復合轉座子作用下死亡，而雄性后代繼續攜帶復合轉座子與野生雌蚊交配。經過若干世代后復合轉座子的基因拷貝擴散到野生種群的所有個體，使某一種群滅絕。

現在，一種雙性品系的轉基因埃及伊蚊OX513A已在開曼群島和巴西進行過試驗。結果顯示，釋放的OX513A雄蚊與當地野生雄蚊具有同等的競爭力和與雌蚊交配的能力，并且能夠顯著降低當地野生埃及伊蚊的種群密度。還有研究表明，OX513A對野生蚊子種群的抑制率達95%，幾乎讓某一地方的伊蚊滅絕，如此就能有效防止登革熱、黃熱病和寨卡病等的傳播。但是這一結果還需要更多的研究才能證實。

另一方面，基因編輯技術CRISPRCas9也可以完成基因驅動，以閹割的方式滅掉某一蚊子種群。2015年研究人員發現了雄蚊有一種名為Nix的基因，是一種雄性決定基因。現在，美國弗吉尼亞理工大學的研究人員嘗試用CRISPRCas9技術把Nix基因加入到雌蚊胚胎的基因組中，如此就會產生更多的雄蚊或不育的雄蚊，從而減少雌蚊的數量，因為只有雌蚊才叮人傳播疾病。

當然，這僅僅是一個開始。如果實驗室中取得了理想的結果，還需要進行野外試驗，以檢驗這種方式產生的轉基因蚊是否會讓某一種群的蚊子滅絕，或者由于雌蚊的大量減少而使蚊子叮人傳播疾病的機會大大減少。這對于防止瘧疾、黃熱病、登革熱、寨卡病等會起到很大的作用。

可能有副作用

基因驅動同樣可能產生副作用，因為利用這一原理可以制造生物武器，包括CRISPRCas9在內的可以實施基因驅動的基因編輯技術已經被美國官方宣布為潛在的大規模殺傷性武器。

從原理上看，基因驅動如果能使蚊子滅絕，同樣也存在著讓包括人在內的其他物種滅絕的可能，當然，具體是哪種轉基因技術會威脅到人，可能現在還不明確，但不排除可能出現這樣的生物武器。

另一方面，即便研發轉基因蚊不會對人有危害，也需要考慮生態副作用。用轉基因蚊滅絕蚊子當然對人類有利，但是，當蚊子這個人類強大的敵人滅絕后也需要評估和解決可能會產生的一些人類意想不到的后果。蚊子是自然生態中的一個生物鏈，如果蚊子滅絕了，那么以蚊子為生的壁虎、蜥蜴、蜘蛛、蝙蝠、蜻蜓、青蛙、魚、燕子和麻雀等生物是否會跟著衰亡和滅絕。

當然，即便壁虎、蜥蜴、蜘蛛、蝙蝠、蜻蜓等生物可能找到其他食物來代替蚊子，不會滅絕，但是，當這些生物在吃轉基因蚊的時候會不會受到傷害，或許讓它們也被動接受有害的轉基因，造成這些動物的絕育和傷害。正是這些原因使得世界衛生組織在鼓勵嘗試用轉基因蚊來滅蚊的同時，也提出要進行更多的風險測評。

有專家指出，人類盡管有力量，但未必能滅絕蚊子，因為蚊子比人類的生存時間還長，生命力也更旺盛。在1.7億年前的侏羅紀就已經演化出蚊子的始祖，在距今4600萬年前的白堊紀蚊子已經是自然界的主人之一，而人類即便以最早的猿人計算，也不過只有600萬～800萬年的歷史。

轉基因蚊當然值得一試，但是，在面臨人與自然和生態的關系時，首要的選擇應是生存和允許生存，或共生，其次才是趕盡殺絕某一物種。所以，用多種方法，如蚊帳、藥物、熏趕等，再加上轉基因蚊的嘗試，多種方法并舉，才能長久控制和減少蚊子的危害。

人類要征服蚊子還可以運用一種成本小、危害小、副作用少且效果好的方法，如對蚊子輻射，令其喪失生育力，從而減少蚊子或讓某種蚊子滅絕。巴西現在正在進行這類研究，該國的一家非營利機構每周最多可飼養1200萬只雄蚊，然后用鈷-60輻射器對其進行絕育。未來這些雄蚊將被放到目標區域與野生雌蚊交配，以驗證是否會讓雌蚊絕育。

此外，巴西的奧斯瓦爾多·克魯斯基金會生物醫藥研究所已經在實驗室中對雄蚊輻射絕育，讓其與雌蚊交配，雌蚊產下的卵中有70%無繁殖力。現在，研究人員在離巴西東北海岸350千米的費爾南多·迪諾羅尼亞島投放了3萬只絕育蚊子，以試驗是否達到與實驗室中一樣的效果。如果這一方法成功并獲得批準，將是人類戰勝蚊子的一種更好的方法。

【責任編輯】張田勘