據(jù)世界衛(wèi)生組織稱，瘧疾影響著全世界數(shù)億人，每年造成超過40萬人死亡。幾十年的殺蟲劑使用未能控制攜帶瘧疾寄生蟲的蚊子，并導(dǎo)致許多蚊子株中的殺蟲劑抗性。作為回應(yīng)，科學(xué)家們開始對蚊子和其他有助于根除蚊子的生物進(jìn)行基因改造。到目前為止，這些轉(zhuǎn)基因方法都沒有超出實驗室測試范圍。
在研究論文發(fā)表在該雜志的2019年5月31日，發(fā)布科學(xué)，一隊來自馬里蘭州和布基納法索大學(xué)的科學(xué)家的描述一審轉(zhuǎn)基因方法的實驗室外，以防治瘧疾。研究表明，一個自然發(fā)生的真菌 工程交付毒素蚊子安全地超過99%，在布基納法索，西非屏幕封閉，模擬村莊環(huán)境減少蚊子數(shù)量。
(資料圖)
“野生動物學(xué)系的研究生，該論文的第一作者布萊恩洛維特說：”目前，沒有轉(zhuǎn)基因瘧疾控制在實際現(xiàn)場測試的道路上。“這篇文章標(biāo)志著邁出了重要的一步，為這一和其他轉(zhuǎn)基因方法的發(fā)展奠定了先機(jī)。”
“我們證明轉(zhuǎn)基因真菌的功效比野生型更好，因此它證明了持續(xù)發(fā)育的合理性，”UMD的杰出大學(xué)昆蟲學(xué)教授，該研究的共同作者Raymond St. Leger說。
真菌是一種天然存在的病原體，可以感染野外的昆蟲并慢慢殺死它們。幾個世紀(jì)以來，它已被用于控制各種害蟲。科學(xué)家使用了一種特異于蚊子的真菌菌株，并對其進(jìn)行改造以產(chǎn)生一種毒素，這種毒素可以比它們繁殖更快地殺死蚊子。這種轉(zhuǎn)基因真菌使其試驗地點的蚊子數(shù)量在兩代內(nèi)坍塌至不可持續(xù)的水平。
“你可以把這種真菌想象成一種皮下注射針，用于向蚊子中提供強(qiáng)效昆蟲特有的毒素，”St. Leger說。
毒素是一種名為Hybrid的殺蟲劑。它來源于澳大利亞藍(lán)山漏斗網(wǎng)蜘蛛的毒液，并已獲得環(huán)境保護(hù)局(EPA)的批準(zhǔn)，可直接用于控制農(nóng)業(yè)害蟲的作物。
洛維特說：“只需將轉(zhuǎn)基因真菌應(yīng)用于我們研究區(qū)掛在墻上的薄片，導(dǎo)致蚊子數(shù)量在45天內(nèi)崩潰。” “它在殺滅抗藥性蚊子方面與非抗藥性蚊子同樣有效。”
洛維特說，實驗室測試表明，這種真菌會感染攜帶瘧疾的蚊子。傳播瘧疾的物種豐富阻礙了控制疾病的努力，因為并非所有物種都對相同的治療方法作出反應(yīng)。
為了修飾真菌Metarhizium pingshaense以便生產(chǎn)和交付Hybrid，馬里蘭大學(xué)的研究團(tuán)隊使用了一種標(biāo)準(zhǔn)方法，該方法利用細(xì)菌有意識地將DNA轉(zhuǎn)移到真菌中。科學(xué)家設(shè)計并引入真菌的DNA提供了制作雜交的藍(lán)圖，以及控制開關(guān)，告訴真菌何時制造毒素。
控制開關(guān)是真菌自身DNA代碼的副本。它的正常功能是告訴真菌何時在自身周圍建立一個防御性外殼，以便它可以隱藏昆蟲的免疫系統(tǒng)。建造這種外殼對真菌來說是昂貴的，所以只有當(dāng)它檢測到蚊子血液內(nèi)的適當(dāng)環(huán)境時才會付出努力。
通過將該開關(guān)的遺傳密碼與制造混合物的代碼相結(jié)合，科學(xué)家們能夠確保其改良的真菌僅在蚊子體內(nèi)產(chǎn)生毒素。他們在馬里蘭州和布基納法索的其他昆蟲身上測試了它們的改良真菌，發(fā)現(xiàn)真菌對蜜蜂等有益物種無害。
“這些真菌非常具有選擇性，”St。Leger說。“他們知道它們來自化學(xué)信號和昆蟲身體特征的形狀。我們正在使用的菌株喜歡蚊子。當(dāng)這種真菌檢測到它在蚊子身上時，它會穿透蚊子的角質(zhì)層并進(jìn)入昆蟲。不會為其他昆蟲帶來麻煩，所以它對蜜蜂這樣的有益物種來說是非常安全的。“
在實驗室證明其轉(zhuǎn)基因真菌的安全性后，洛維特和圣萊格與布基納法索的科學(xué)同事和政府當(dāng)局密切合作，在模擬自然的受控環(huán)境中對其進(jìn)行測試。在布基納法索的一個農(nóng)村，瘧疾流行地區(qū)，他們建造了一個大約6550平方英尺的屏蔽結(jié)構(gòu)，他們稱之為MosquitoSphere。在內(nèi)部，多個屏蔽室包含實驗小屋，植物，小型蚊子繁殖池和蚊子的食物來源。
在一組實驗中，研究人員將一塊涂有芝麻油的黑色棉布掛在三個房間的每個小屋的墻上。一片接收與轉(zhuǎn)基因真菌綠僵菌(Metarhizium pingshaense)混合的油，一片接受含有野生型綠僵菌的油，一片僅接受芝麻油。然后，他們將1000只成年雄性和500只成年雌性蚊子釋放到MosquitoSphere的每個室中以建立繁殖種群。然后研究人員每天計算每個房間內(nèi)的蚊子45天。
在含有用轉(zhuǎn)基因真菌處理的薄片的室中，蚊子種群在45天內(nèi)暴跌至僅13只成年蚊子。這對于雄性來說是不夠的，因此需要蚊子繁殖。相比之下，研究人員計算了用45天后用普通芝麻油處理過的室內(nèi)用野生型真菌和1,396只蚊子處理過的455只蚊子。他們多次運(yùn)行這個實驗，結(jié)果相同。
在實驗室的類似實驗中，科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)感染轉(zhuǎn)基因真菌的雌性只產(chǎn)下26個卵，其中只有3個發(fā)育成成蟲，而未感染的雌性則產(chǎn)下139個卵，導(dǎo)致74個成蟲。
據(jù)研究人員稱，至關(guān)重要的是，新的抗瘧疾技術(shù)，例如本研究中測試的技術(shù)，對當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)來說很容易使用。黑色棉布和芝麻油相對便宜并且在當(dāng)?shù)厝菀撰@得。這種做法也不要求人們改變他們的行為，因為這種真菌可以與今天常用的殺蟲劑一起使用。
洛維特說：“通過非常密切地遵循EPA和世界衛(wèi)生組織的協(xié)議，與中央和地方政府合作，以滿足他們的標(biāo)準(zhǔn)并與當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)合作以獲得認(rèn)可，我們已經(jīng)突破了障礙。” “我們的研究結(jié)果將對任何提出擴(kuò)大新的，復(fù)雜的，可能引起爭議的瘧疾根除技術(shù)的項目產(chǎn)生廣泛的影響。”
接下來，國際科學(xué)家團(tuán)隊希望在當(dāng)?shù)卮迩f或社區(qū)測試他們的轉(zhuǎn)基因真菌。在諸如村莊等開放環(huán)境中部署這種新方法之前，需要滿足許多監(jiān)管和社會基準(zhǔn)，但研究人員表示，這項研究有助于為此類試驗提供理由。
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