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在切肤之痛面前,我们需要转基因蚊子

最近好不容易来趟巴拿马,本想顺着巴拿马运河从太平洋穿到加勒比海去看看,却被当地朋友告知这不是个明智的选择——寨卡病毒(Zika virus)在加勒比海岸流行得厉害。谈起这个病毒,就不得不说到这个星球上最危险的动物——蚊子。

世界上最危险 的动物——蚊子。每年因蚊子叮咬致死的人数是72.5万人。图片来源:WHO

蚊媒疾病的新军:寨卡病毒

通常认为狮子、老虎、鲨鱼这些食物链顶端生物没有天敌,实际上它们都斗不过人类。而我们一直认为人类是这个星球的主宰,但实际上我们也是猎物而已,因为蚊子确实以我们为食。

人类历史是一部与蚊子不屈不挠的抗争史。当时间节点来到公元2015年,蚊媒疾病长长的流行清单中又得加上一个:寨卡病毒。

这种病毒最早于1947年偶然在乌干达寨卡丛林的恒河猴中通过黄热病监测网络发现,主要通过伊蚊在人群中传播。它典型的症状包括急性起病的低热、斑丘疹、关节疼痛(主要累及手、足小关节)、结膜炎,其他症状包括肌痛、头痛、眼眶痛及无力等等。越来越多的证据表明寨卡病毒与新生儿小头症之间存有关联,流行区域主要在中美洲,南美洲,非洲和太平洋岛国。

塞卡病毒的传播范围。图片来源:damespraatjes.nl

蚊媒疾病有多厉害?

先来看一组数据吧。蚊子族裔中有两个狠角色,一个是伊蚊类,代表明星是埃及伊蚊(Aedes aegypti),一个是按蚊类,代表明星则是斯氏按蚊(Anopheles stephensi)。

按蚊(左)和伊蚊(右)是蚊子中的两个狠角色。图片来源:CDCP

伊蚊喜欢白天猎食,地点通常在城市,主要传播登革热(Dengue)、黄热病(Yellow Fever)、 基孔肯雅热(Chikungunya)和淋巴丝虫病(Lymphatic filariasis)等疾病。

以登革热为例,20世纪60年代以来,登革热患者数目一直在显著上升,每年有5000万至5.28亿人感染,大约25000人死亡。登革热的流行区域主要在热带和亚热带地区,其潜在感染人口数量在25-30亿,占世界总人口的百分之四十。当然,你不要以为伊蚊传播的其他疾病就是小角色,比如你去查一下黄热病,就会发现历史上感染几十万几百万人并导致数万人死亡是非常稀松平常的事情。因此,伊蚊是货真价实的“职业杀手”。

按蚊喜欢夜晚出没,地点通常在郊区,传播的是大名鼎鼎的疟疾(Malaria)。

疟疾病例每年达3-5千万,流行区域主要在非洲、南美洲和亚洲南部,潜在感染人口数量在32亿,占世界总人口的一半。以2015年为例,共有97个国家和地区发生疟疾,报道的感染数量超过2140万,导致43万人死亡,其中大部分是儿童。WHO在2016年的数据显示,平均每一分钟就有一个儿童死于疟疾。毫不夸张地说,按蚊也是杀人不眨眼的“刽子手”。

干掉蚊子的新方法:转基因

说到这里可能就要问了,既然蚊子与人类有如此大的血海深仇,为什么不彻底把它干掉?如今引力波都发现了,连一个小小的蚊子都搞不定吗?

当然,对付蚊子不是没有办法,我们祖先最早不就发现了一个非常有效的武器——手掌嘛。不过,副作用是有点疼并且效率不高。当然人们也试过蚊香、引诱器和杀虫剂,但似乎都治标不治本。难道没有高级一些的、一劳永逸的办法吗?比如像引力波这种外行一般不知道是什么东东但听起来就很高大上的?

当然有,比如转基因,这里就简单讲讲转基因蚊子。 目前的转基因蚊子项目采用的是“昆虫显性致死释放技术”(release of insects carrying a dominant lethal, RIDL)。

这种技术简单来说呢,就是一种遗传工程的方法:研究人员在蚊子的体外连接蚊子的一些遗传物质元件(转座子、特异启动子、显性致死基因、转录激活域、荧光标记等),构建出一个复合转座子TACtransposonswith armed cassettes)。其活性开关由四环素控制(tetracycline)。在昆虫转座子的引导下,TAC插入蚊子基因组,就形成了转基因蚊子。

RIDL如何把蚊子干掉?

RIDL把蚊子干掉的方式有两种:两性(Bi-sex)和雌性特异(fs,female specific)。

携带荧光标记基因的转基因蚊子。图片来源:Oxitec

Bi-sex RIDL品系在饲喂四环素的情况下能正常生长出雄蚊和雌蚊。然后我们机械去除掉雌蚊,把剩下的雄蚊大量释放到野外与野生型蚊子交配。由于野外没有四环素了,TAC活性就开启了,这帮蚊子产生的后代就无法存活——上图左边就是这种蚊子的荧光标记图

fs RIDL则有一点不同,是分雌雄的。如果停止给蚊子四环素,这时TAC活性开启。不过与上面不同的是,这种方法只有雄蚊才能存活并在野外大量释放,雌蚊在没有四环素的环境下无法生存。这些雄蚊和野生蚊子产生的雌性后代在TAC作用下死亡,而雄性后代继续携带TAC与野生型雌虫交配……最终就能使目标种群“自毁”——上图右边就是这种蚊子的荧光标记图。

这种方法有效果吗?

目前看来,效果不错。

昆虫显性致死释放技术”品系主要来自Oxitec公司,目标物种包括埃及伊蚊、白纹伊蚊(Aedesalbopictus)和冈比亚按蚊(Anopheles gambiae)等。其中埃及伊蚊OX513A品系最早开发于2007年,属于上面提到的Bi-sex RIDL类型。

室内研究表明转基因蚊子OX513A与野生型在个体大小、生殖力、对杀虫剂的敏感性、糖原/碳水化合物和油脂含量等方面没有差异。随后的半田间实验也显示,转基因蚊子飞行距离与野生型接近,但飞行时间减少。流行病学模型分析进一步支持了这个项目能够有效控制蚊媒疾病的传播。

在2010年,Oxitec与马来西亚政府合作。使用的结果显示释放的转基因雄蚊与当地野生型雄虫具有同等的竞争和交配能力,并且能够显著降低当地野生埃及伊蚊的种群密度;而从2011年至今在巴西不同城市的野外释放测试也表明,转基因蚊子能够有效抑制野生种群数量,从而有效防止登革热的传播;2014年,印度、巴拿马等国家也开始启动RIDL项目来防控本国的病原蚊源。

Oxitec的转基因雄蚊如何终结一个目标野外种群。图片来源:synbiobeta.com

转基因蚊子安全吗?

理论上讲,Oxitec公司的RIDL项目是安全的。

因为目前为止所有的Oxitec野外释放项目都只释放雄蚊,而雄蚊并不咬人,其后代也在TAC作用下死亡,当然也不会咬人。所以OX513A品系与人类不会有直接接触。

退一万步说,说不定哪天OX513A雄蚊想尝尝鲜,咬一口人怎么办?其实也没问题,因为并不是咬一口就把人变成转基因的了,否则雌蚊不知把多少体内的基因转给人类了。

另外,OX513A采用的是昆虫特异转座子,其活性结构在插入到蚊子基因组后便被彻底摧毁,因此也不会在昆虫之间发生水平传播。同时,OX513A释放到野外后只会与同类交配,与其他蚊子种类都是生殖隔离的,几乎不可能将TAC传递给非目标种群。

那么,在生态系统里呢?埃及伊蚊的天敌如青蛙、鱼、蜻蜓、蝙蝠等,吃了OX513A会食物中毒吗?毒理测试表明转入到OX513A中的两个外源蛋白(标记基因和效应基因)对其它生物是无毒和非过敏的,天敌吃了OX513A得到的无非也是蛋白、脂肪和碳水化合物。同时以美国佛罗里达为例,埃及伊蚊占本地蚊子种群的比例不超过1%,并不是天敌的主要食物来源。

如果埃及伊蚊被抑制甚至根除,产生的空余生态位是否会被其它更加危险的蚊子占据?其实现在并没有现成的数据来回答这一问题,因为目前的Oxitec项目都需要持续释放才能有效,所以并没有产生“空余的”生态位。不过,埃及伊蚊在大多数地区属于外来生物,理论上讲也不会产生巨大的生态位空余。

其实,上面这些对转基因蚊子的质疑都非常合理,是每一个释放项目都必须考虑和考察的重点问题。特别是涉及到人类健康的重大议题,要把工作做到极致,把机理阐述得尽可能清楚,把风险降到最低。

在切肤之痛面前,我们如何选择?

有不少人谈“转基因”色变,逢“转基因”必反:他们觉得转基因作物尚且“致癌”,那能飞会咬的转基因蚊子岂不要了亲命?有关转基因的讨论带来的问题是,科学家要阐述得多清楚,才算“足够”清楚?要把风险降到多低,才算“足够”低?要求对一个项目或技术阐述所有可能的后果,规避所有可能的风险,是做不到的,因为人无法预知未来。

举个最简单的例子,即使你吃完晚饭上街遛弯儿,也无法规避所有的风险,因为你永远不知道可能哪辆车就撞上了你,但这仍然不会阻止大家去遛弯儿。同样的,我们现在使用的手机早已不是当初砖头一样的的“大哥大”,而是随着人们需求改变而演化;杂交技术带来了水稻基因组大量的随机的变异,所以我们吃的水稻也与几千年来人类吃的水稻大不一样,但似乎我们并不担心这对后几代、几十代、几百代的影响;由于药理学和生命科学的飞速发展,我相信目前市面上的许多药物也与几十年前不一样,但回到过去人们依然毫不犹豫把旧药吃到肚子里去,因为在当时的条件和知识水平下那是他们最好的选择。

寨卡病毒正在肆虐,转基因蚊子能帮助遏制蚊媒疾病的传播吗?图片来源:businessinsider.com

大自然是神秘的,但并不是不能探索和阐述的。当我们有了一种机理清楚、安全有效的武器在手里,是否应该用来抵御人类的头号天敌呢?当母亲怀抱着头脑畸形的新生儿,她会选择支持释放转基因伊蚊去抑制寨卡病毒吗?当每一分钟都有一个孩子的生命因为疟疾而逝去,却还执念于想象的风险真的明智吗?这都是更为实际且迫切的问题。

我们生活在一个真实而残酷的世界里。那些“可能不安全”,“肉眼看不见的危害”,“现在看不出问题,说不定几十年以后就出现”等等的猜测、疑虑甚至谣言,在切肤之痛面前,又经得起多少考量呢?(编辑:Jerrusalem)

The End

发布于2016-02-26, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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严盈

北卡州立大学遗传工程博士后

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