巴西將釋放上億隻轉基因蚊子

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  每周六上午,Maria do Carmo Tunussi會挨家挨戶地讓鄰居搜查房屋和院落,以尋找任何可能存水並為蚊子滋生提供場所的東西,比如花盆、水桶和堵住的水槽。

  17年來,Tunussi已成為CECAP/Eldorado當地診所的社區衛生代理人。CECAP/Eldorado是巴西皮拉西卡巴小城里一個擁有約5000人的地區,距聖保羅西北部2小時車程。

  Tunussi見證了引起發燒、惡心和折磨人的關節疼痛的蚊媒登革熱病毒反複席卷而來。因此,她的工作有時會顯得徒勞無功。“你頭一天清理了滋生地,第二天它又回來了。”Tunussi說,“這似乎永遠沒有盡頭。”

  今年4月,CECAP成為皮拉西卡巴首個嚐試新生事物的社區,即一種Tunussi認為不僅能根除登革熱,還會阻止寨卡病毒“站穩腳跟”的蚊子控製工具——OX513A。

  這是一種轉基因埃及伊蚊,旨在通過將一種致死性基因傳遞給後代,減少埃及伊蚊的數量。

  在美國佛羅里達州,培育這些昆蟲的Oxitec公司計劃釋放它們,但遭到公眾阻擾。不過,在CECAP,居民們似乎對從該公司在清晨緩慢行駛的大篷車窗戶中湧出的一團團蚊子雲保持著泰然自若的態度。

  這或許是因為登革熱在那里是如此的普遍。去年,該病毒導致約150萬巴西人患病,而在2015年7月~今年7月,皮拉西卡巴市有1600餘人因此患病。

  由寨卡病毒散播引發的恐慌更是放大了當地人對殺蟲劑和清理滋生地以外的解決方法的興趣,前者在對抗埃及伊蚊上並不總是有效,而後者很難年複一年地保持下去,盡管Tunussi一直在努力。

  因此,在釋放全球首批轉基因蚊子的7年後,Oxitec選擇在巴西擴大試驗規模也就不足為奇了。

  它正從諸如在CECAP開展的小型試點項目轉向覆蓋成千上萬人的有計劃釋放。

  培育攜帶致死性基因的蚊子

  Oxitec在巴西的總部位於工業城市坎皮納斯。在那里,到處散發著用於喂養蚊子幼蟲的魚飼料的氣味。

  該公司可在一周內讓約400萬隻蚊子經曆整個生命周期:從灰白色的粉末狀蚊卵到扭動的灰色幼蟲,然後是和米粒大小相仿的密集、黑色的蛹,最後是在和快餐盒差不多大的塑料桶中飛來飛去的成年蚊子。

  它們大約是14年前在英國牛津大學一間實驗室中培育出來的一隻蚊子的第200代“子孫”。當時,遺傳學家Luke Alphey及其團隊將一個新基因插入到蚊子胚胎中。

  該基因編碼一個被稱為轉錄激活因子且通過和涉及轉錄的DNA及特定蛋白結合驅動其他基因表達的蛋白。

  不過,Oxitec使用的名為抑製四環素轉錄激活因子變異體(tTAV)的基因旨在驅動更多tTAV的表達,並且使該過程變成一個致命的反饋環路。

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  這個過程如何殺死蚊子尚未完全弄清楚。過多的tTAV蛋白可能阻礙了細胞的蛋白合成體系。“大致說來,它引發了基因混亂,蚊子因此死亡。”美國農業部昆蟲遺傳學家Al Handler表示。

  Oxitec公司攜帶致死性基因的蚊子靠喂養阻礙tTAV活性但會保證蚊子存活的抗生素——四環素長大。不會咬人的雄性蚊子被釋放到鄉鎮和城市里。在那里,它們同野生雌性蚊子交配。產生的後代則會迅速累積這種致死性蛋白,其中大多數在成年前死去。

  “消除登革熱”項目

  基因組編輯技術CRISPR/Cas9被《科學》雜誌列為2013年年度十大科技進展之一,受到人們的高度重視。CRISPR是規律間隔性成簇短回文重複序列的簡稱,Cas是CRISPR相關蛋白的簡稱。CRISPR/Cas最初是在細菌體內發現的,是細菌用來識別和摧毀抗噬菌體和其他病原體入侵的防禦系統。

  接下來,小編列舉最近一段時間CRISPR基因編輯系統取得的重大進展,詳情如下所示。

  1.Cell Rep:利用CRISPR有助HIV治愈方法開發

  在一項新的研究中,來自美國加州大學舊金山分校等機構的研究人員利用一種新開發的基因編輯系統發現讓人免疫細胞抵抗HIV感染的基因突變。他們基於這種被稱作CRISPR/Cas9的基因編輯系統的改進版構建出高通量細胞編輯平台,從而允許他們測試許多種不同的讓免疫細胞抵抗HIV的基因變化。

  在這項新的研究中,Schumann和Hultquist對這種CRISPR技術加以改進:設計一種自動化系統對T細胞進行高通量地和平行地基因編輯。這種新方法允許研究人員讓來自健康誌願者體內的上萬個T細胞中的不同候選基因發生突變,接著讓這些發生突變的細胞接觸HIV病毒,隨後利用這些細胞進行篩選以便發現哪些突變能夠阻斷HIV感染。

  研究人員利用這種新技術讓基因CXCR4和CCR5發生突變,其中這兩個基因編碼不同的HIV病毒毒株用來潛入和感染免疫細胞的受體分子,也是之前的細胞療法臨床試驗中的靶標。讓其中的任何一個基因失活會成功地阻斷相關的HIV毒株對人T細胞的感染。

  進一步的實驗表明同時地阻斷HIV病毒侵入T細胞所需的一個基因和這種病毒在這種T細胞中存活和繁殖所需的另一個基因為T細胞構建一種雙層安全系統是可行的。

  為了證實這種新的高通量技術的效率和力量,研究人員也開發出146種不同的基於CRISPR的基因編輯,其中每種基因編輯旨在讓45個與HIV整合到宿主細胞中的能力相關聯的基因中的一個基因失活。他們鑒定出幾個基因的缺失會導致HIV抵抗性,其中的一些基因被之前的研究所預測,而其他的基因之前從沒有直接與HIV感染相關聯。

  2. Cell子刊:利用CRISPR/Cas9技術鑒定出AML白血病細胞的弱點

  在一項新的研究中,來自英國劍橋大學韋爾科姆基金會桑格研究所的研究人員和他們的合作者對一種CRISPR基因編輯技術進行改進,並利用它發現急性髓性白血病(AML)的新的治療靶標。他們鑒定出大量基因可能作為抗AML療法的潛在靶標,並且描述了抑製這些基因中的一種,即KAT2A,如何破壞AML細胞,同時不會傷害非白血病血細胞。

  為了鑒定出治療AML的新方法,研究人員利用CRISPR-Cas9基因編輯技術對AML細胞進行篩選以便尋找它們的弱點。這種技術能夠被用來破壞和摧毀細胞基因組中的靶基因。為了實現這一目標,他們對CRISPR-Cas9技術進行優化,以便高效地逐個地破壞AML細胞基因組中的所有基因。這允許他們鑒定出那些遭受破壞後對AML細胞的生長和存活是有害的基因。

  人類基因組大約有2萬個基因。通過對CRISPR-Cas9技術進行改進,並利用它對AML細胞基因組進行篩選,研究人員發現大約500個基因是AML細胞存活所必需的,包括200多個可能被用於藥物設計的基因。盡管在這些基因中,有一小部分基因,包括DOT1L、BCL2和MEN1已被確定為治療靶標,但是它們當中的大多數是新的基因,這就為開發有效地抵抗這種疾病的療法提供很多可能。

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  如果說Oxitec 公司的蚊子執行的是自殺式任務,那麼“消除登革熱”項目中的蚊子則是“傳教士”。

  後者的目的不是消滅野生蚊子群,而是改造它們。在尼泰羅伊市茹魯茹巴貧民區,一個下著毛毛細雨的清晨,研究人員在混凝土早已剝落的山坡上散開,以補足蚊卵釋放容器中的“貨源”。在當地,約有130戶人家同意放置這些容器。像超大尺寸複活節彩蛋一樣的白色塑料桶被藏在樓梯間下面、台階旁邊,以及一堆膠合板和舊自行車零件後面的壁龕里。

  從桶里逃出來的成年蚊子攜帶有沃爾巴克氏體細菌。這是一種被認為在約60%的昆蟲物種中均會自然產生的寄生蟲。然而,直到2005年,研究人員才“誘騙”該細菌在埃及伊蚊體內“定居”。

  當時,“消除登革熱”項目的共同發起人、澳大利亞莫納什大學醫學昆蟲學家Scott ONeill發現,和對照組相比,被沃爾巴克氏體感染且吸食含有登革熱或基孔肯雅熱病毒的血液的蚊子,在登革熱病毒測試中呈陽性以及傳播該病毒的可能性更小。今年早些時候,來自同“消除登革熱”項目合作的巴西國立公共衛生機構——奧斯瓦爾多·克魯茲基金會的研究人員報告稱在寨卡病毒測試中發現了類似結果。

  他們懷疑,這種寄生蟲會同病毒爭奪蚊子細胞內有限的資源。同時,沃爾巴克氏體可能激活了其宿主的免疫系統,從而幫助其對抗隨後的感染。由於沃爾巴克氏體僅通過蟲卵被傳遞給後代,因此擴散它需要釋放能咬人的雌性蚊子。不過,ONeill介紹說,正是由於這種細菌,雌性蚊子不會帶來傳播疾病的風險。

  “消除登革熱”項目已在澳大利亞、越南、印度尼西亞、哥倫比亞和巴西的40多個地區釋放了這種蚊子,其中大部分資助來自比爾和梅林達?蓋茨基金會。

  研究表明,該寄生蟲能在10~20周內擴散到“定位點”,並在蚊子種群中保留至少5年。

  該項目旨在對蚊子種群產生永久性的改變,而這正是不同於Oxitec公司解決辦法的關鍵之處。後者不得不年複一年地進行,否則蚊子數量便會反彈。不過,兩種方法都只能在當地產生影響。沃爾巴克氏體不會在其未被釋放的地區廣泛傳播。

  能否真的減少疾病?

  兩個項目面臨的迫在眉睫的問題很簡單:這些對抗疾病的蚊子能否真的減少疾病?

  “我們的目標不是殺死蚊子,而是防止人們受到感染、生病並且死亡。”加州大學戴維斯分校流行病學家和昆蟲學家Thomas Scott表示。迄今為止,還未有證據表明,任何一種方法做到了這一點。Scott介紹說,直覺上或許會認為,傳播疾病的蚊子變少意味著傳染病變少,但僅僅少數埃及伊蚊可能便足以將疾病傳播給易感人群。

  今年7月,Oxitec公布的數據顯示,CECAP的登革熱病例數在上一年減少了91%,即從133降至22。

  然而,皮拉西卡巴市其他地區的病例數僅減少了52%。不過,Scott表示,登革熱疫情的爆發是不定期的。“可能一個小鎮出現了疫情,但鄰近的小鎮沒有。而第二年,情況可能完全反過來。”

  關於效果的最終說法來自在隨機接受蚊子或作為對照組的社區居民中監控該疾病的試驗。不過,來自這兩個群體的數據本質上都存在漏洞,因為人員是流動的。這意味著此類研究要有意義,必須是大規模的,而且花費頗高。今年3月,一個由Scott領導的世界衛生組織工作組表示,Oxitec公司和“消除登革熱”項目的策略均值得“謹慎規劃試點試驗”,但同時呼籲開展大型流行病學研究。

  “消除登革熱”項目已在印度尼西亞日惹市開展了效果研究。該研究追蹤了24個地區(每個地區約有1.45萬人)的發病率,其中一半地區接受了沃爾巴克氏體蚊子。一個遍布日惹市的診所網絡將在兩年的時間里持續測試登革熱病毒。一項更大規模的研究正計劃在越南開展。與此同時,Oxitec公司招募了獨立專家設計初步定於2018年進行的試驗。

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