百科：基因驅(qū)動與人蚊大戰(zhàn)

目前，寨卡病在南美的流行和進(jìn)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(dǎo)致嚴(yán)重健康問題，并導(dǎo)致人死亡或產(chǎn)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(zhàn)勝由蚊子傳播的疾病。在基因編輯技術(shù)CRISPR
　　Cas9顯示出巨大的改造基因和戰(zhàn)勝疾病的潛力時，人們想到了基因驅(qū)動可能是戰(zhàn)勝蚊子，從而減少或杜絕其傳播疾病的重要武器。
　　基因驅(qū)動是什么？
　　基因驅(qū)動是一種技術(shù)，最早是2003年由英國倫敦帝國理工學(xué)院進(jìn)化遺傳學(xué)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(kuò)散到群體中去的系統(tǒng)，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(shù)目前發(fā)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(dǎo)致個體的適應(yīng)性下降，它們也可以很容易在生物群體中散播。
　　根據(jù)基因驅(qū)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(qū)動有可能把一些特定的目標(biāo)基因?qū)胍恍┮吧锓N群中進(jìn)行擴(kuò)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(xiàn)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(qū)動讓蚊子滅絕，就有可能大大減少這些疾病的產(chǎn)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(chǎn)生耐藥性而讓藥物失效，如瘧原蟲對藥物產(chǎn)生耐藥性。

　　根據(jù)基因作用的類型，可以把基因驅(qū)動分為幾類，但這只是初步的分類，如內(nèi)切酶基因驅(qū)動、性連鎖減數(shù)分裂驅(qū)動和顯性不足基因驅(qū)動等。以內(nèi)切酶基因驅(qū)動為例，基因驅(qū)動技術(shù)一般通過序列特異性的內(nèi)切酶構(gòu)建，比如轉(zhuǎn)錄激活因子樣效應(yīng)物核酸酶（TALEN）、鋅指酶或者CRISPRCas9。在減數(shù)分裂的細(xì)胞中，如果一個拷貝的染色體含有能表達(dá)的內(nèi)切酶基因，這種酶就會切割另一個染色體形成雙鏈斷裂。細(xì)胞在進(jìn)行修復(fù)的時候，會將第一個染色體當(dāng)作模板，把內(nèi)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(shù)就是一種非常有效的內(nèi)切酶基因驅(qū)動。CRISPR是“規(guī)律的成簇間隔短回文重復(fù)”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(jié)合起來就成為一種精準(zhǔn)的基因剪刀，可以對特定基因進(jìn)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(kuò)散，讓其滅種。
　　不過，研究人員發(fā)現(xiàn)，在目前的情況下，基因驅(qū)動只在少數(shù)生物中能發(fā)揮作用，如酵母、果蠅和蚊子。顯然，蚊子是現(xiàn)在人們最想利用基因驅(qū)動來對其滅種的生物。
　　蚊子是基因驅(qū)動的首選目標(biāo)
　　蚊子對人類的殺傷最大，致死的人也最多。世界衛(wèi)生組織和世界糧農(nóng)組織的一份統(tǒng)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(nóng)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(dá)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(shù)量在32億，幾乎占世界總?cè)丝诘囊话?。世界衛(wèi)生組織2015年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，共有97個國家和地區(qū)發(fā)生瘧疾，瘧疾感染者超過2140萬，導(dǎo)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(shù)可能僅次于瘧疾。登革熱的流行區(qū)域主要在熱帶和亞熱帶地區(qū)，其潛在感染人口數(shù)量在25億～30億，占世界總?cè)丝诘?0%。20世紀(jì)60年代以來，登革熱患者數(shù)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(nóng)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(fā)明前，這一疾病的病死率高達(dá)80%，每年在全球要殺死幾十萬人。一個著名的事例發(fā)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(zhèn)壓當(dāng)?shù)胤磁逊肿?。但是，軍隊登陸后大部分人都染上了黃熱病，并導(dǎo)致23000人死亡，病死率達(dá)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(jì)30年代后，由于發(fā)明了黃熱病疫苗，由蚊子傳播的黃熱病導(dǎo)致的死亡人數(shù)劇減，南非的馬克斯·泰勒也因發(fā)現(xiàn)黃熱病疫苗而獲得1951年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。
　　今天如果能利用基因驅(qū)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(xiàn)在，按蚊和伊蚊就是人類最主要的征服對象。
　　轉(zhuǎn)基因蚊讓蚊子毀滅
　　為了達(dá)到基因驅(qū)動毀滅蚊子的目的，可以采用各種轉(zhuǎn)基因技術(shù)生成轉(zhuǎn)基因蚊，然后讓這些蚊子攜帶的轉(zhuǎn)基因發(fā)揮作用，在種群中擴(kuò)散，經(jīng)過多代繁衍，讓某一蚊子種群自毀。在利用CRISPRCas9技術(shù)進(jìn)行基因驅(qū)動之前，研究人員就采用了“昆蟲顯性致死釋放技術(shù)”（RIDL）來生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因蚊。轉(zhuǎn)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(biāo)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(shù)的核心是構(gòu)建一個復(fù)合轉(zhuǎn)座子（外源性基因，即轉(zhuǎn)入的基因），包括體外連接昆蟲轉(zhuǎn)座子、特異啟動子、顯性致死基因、轉(zhuǎn)錄激活域、熒光標(biāo)記等元件，復(fù)合轉(zhuǎn)座子的活性開關(guān)由四環(huán)素控制，在昆蟲轉(zhuǎn)座子的引導(dǎo)下，復(fù)合轉(zhuǎn)座子插入蚊子基因組，形成轉(zhuǎn)基因蚊。
　　由于復(fù)合轉(zhuǎn)座子不同，昆蟲顯性致死釋放技術(shù)可以產(chǎn)生雙性（雌性和雄性）品系的轉(zhuǎn)基因蚊和單性（雌性）品系的轉(zhuǎn)基因蚊。在正常飼喂四環(huán)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(huán)素抑制，復(fù)合轉(zhuǎn)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(huán)素的情況下同樣能正常生長，但如果停用四環(huán)素，復(fù)合轉(zhuǎn)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(fù)合轉(zhuǎn)座子作用下死亡，而雄性后代繼續(xù)攜帶復(fù)合轉(zhuǎn)座子與野生雌蚊交配。經(jīng)過若干世代后復(fù)合轉(zhuǎn)座子的基因拷貝擴(kuò)散到野生種群的所有個體，使某一種群滅絕。
　　現(xiàn)在，一種雙性品系的轉(zhuǎn)基因埃及伊蚊OX513A已在開曼群島和巴西進(jìn)行過試驗。結(jié)果顯示，釋放的OX513A雄蚊與當(dāng)?shù)匾吧畚镁哂型鹊母偁幜团c雌蚊交配的能力，并且能夠顯著降低當(dāng)?shù)匾吧＜耙廖玫姆N群密度。還有研究表明，OX513A對野生蚊子種群的抑制率達(dá)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(jié)果還需要更多的研究才能證實。
　　另一方面，基因編輯技術(shù)CRISPRCas9也可以完成基因驅(qū)動，以閹割的方式滅掉某一蚊子種群。2015年研究人員發(fā)現(xiàn)了雄蚊有一種名為Nix的基因，是一種雄性決定基因?，F(xiàn)在，美國弗吉尼亞理工大學(xué)的研究人員嘗試用CRISPRCas9技術(shù)把Nix基因加入到雌蚊胚胎的基因組中，如此就會產(chǎn)生更多的雄蚊或不育的雄蚊，從而減少雌蚊的數(shù)量，因為只有雌蚊才叮人傳播疾病。
　　當(dāng)然，這僅僅是一個開始。如果實驗室中取得了理想的結(jié)果，還需要進(jìn)行野外試驗，以檢驗這種方式產(chǎn)生的轉(zhuǎn)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(qū)動同樣可能產(chǎn)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(nèi)的可以實施基因驅(qū)動的基因編輯技術(shù)已經(jīng)被美國官方宣布為潛在的大規(guī)模殺傷性武器。
　　從原理上看，基因驅(qū)動如果能使蚊子滅絕，同樣也存在著讓包括人在內(nèi)的其他物種滅絕的可能，當(dāng)然，具體是哪種轉(zhuǎn)基因技術(shù)會威脅到人，可能現(xiàn)在還不明確，但不排除可能出現(xiàn)這樣的生物武器。
　　另一方面，即便研發(fā)轉(zhuǎn)基因蚊不會對人有危害，也需要考慮生態(tài)副作用。用轉(zhuǎn)基因蚊滅絕蚊子當(dāng)然對人類有利，但是，當(dāng)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(chǎn)生的一些人類意想不到的后果。蚊子是自然生態(tài)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(dāng)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(dāng)這些生物在吃轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(wèi)生組織在鼓勵嘗試用轉(zhuǎn)基因蚊來滅蚊的同時，也提出要進(jìn)行更多的風(fēng)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(jì)就已經(jīng)演化出蚊子的始祖，在距今4600萬年前的白堊紀(jì)蚊子已經(jīng)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(zhuǎn)基因蚊當(dāng)然值得一試，但是，在面臨人與自然和生態(tài)的關(guān)系時，首要的選擇應(yīng)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(zhuǎn)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(xiàn)在正在進(jìn)行這類研究，該國的一家非營利機構(gòu)每周最多可飼養(yǎng)1200萬只雄蚊，然后用鈷-60輻射器對其進(jìn)行絕育。未來這些雄蚊將被放到目標(biāo)區(qū)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(yī)藥研究所已經(jīng)在實驗室中對雄蚊輻射絕育，讓其與雌蚊交配，雌蚊產(chǎn)下的卵中有70%無繁殖力。現(xiàn)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(dá)到與實驗室中一樣的效果。如果這一方法成功并獲得批準(zhǔn)，將是人類戰(zhàn)勝蚊子的一種更好的方法。
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