科学家开发新的基因技术来阻止传播疟疾的蚊子

疟疾仍然是世界上最致命的疾病之一。 每年，疟疾感染导致数十万人死亡，其中大多数死亡发生在五岁以下儿童。 美国疾病控制与预防中心最近宣布，美国发现了 5 例蚊媒疟疾病例（佛罗里达州 4 例，德克萨斯州 1 例），这是该国 20 年来首次报告传播疟疾。

幸运的是，科学家们正在开发安全技术，通过对传播引起疾病的寄生虫的蚊子进行基因编辑来阻止疟疾的传播。 加州大学圣地亚哥分校奥马尔·阿克巴里教授实验室的研究人员设计了一种新方法，可以从基因上抑制冈比亚按蚊种群，这种蚊子主要在非洲传播疟疾，并导致受影响地区的经济贫困。 新系统瞄准并杀死冈比亚雌性，因为它们叮咬人类并传播疾病。

加州大学圣地亚哥分校的研究人员开发了一种新技术来抑制冈比亚按蚊，这种蚊子主要在非洲传播疟疾，并导致受影响地区的经济贫困。 图片来源：Akbari 实验室，加州大学圣地亚哥分校

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第一作者、加州大学圣地亚哥分校生物科学学院博士后学者 Andrea Smidler 与前硕士生、共同第一作者 James Pai 和 Reema Apte 于 7 月 5 日发表在《科学进展》杂志上，创建了一个名为 Ifegenia 的系统 ，“通过基因编码的核酸酶中断等位基因的遗传性女性消除”的缩写。 该技术利用 CRISPR 技术来破坏控制冈比亚蚊子性发育的无雌性 (fle) 基因。

加州大学伯克利分校和加州理工学院的科学家为这项研究工作做出了贡献。

Ifegenia 的工作原理是在非洲蚊子体内对 CRISPR 的两个主要元件进行基因编码。 其中包括 Cas9 核酸酶、进行切割的分子“剪刀”，以及通过 Akbari 实验室在这些蚊子中开发的技术将系统引导至目标的引导 RNA。 他们对两个蚊子家族进行了基因改造，使其分别表达 Cas9 和 fle 靶向向导 RNA。

艺术家对 Ifegenia 的描绘，这是加州大学圣地亚哥分校开发的一项新技术，它使用 CRISPR 基因编辑来破坏控制非洲蚊子幼虫性发育的基因。 图片来源：Reema Apte

“我们将它们杂交，在后代中，所有雌性蚊子都消失不见，”斯米德勒说，“这真是非同寻常。” 与此同时，冈比亚雄蚊继承了 Ifegenia，但基因编辑并不影响它们的繁殖。 它们仍然具有繁殖能力，可以交配并传播 Ifegenia。 由于雌性被移除并且种群达到繁殖的死胡同，这种虫媒传播最终被停止。 作者指出，新系统规避了基因驱动等其他系统面临的某些遗传抗性障碍和控制问题，因为 Cas9 和引导 RNA 组件保持分离，直到群体准备好被抑制。

作者在论文中指出：“我们表明，Ifegenia 雄性仍然具有繁殖能力，并且可以加载 fle 突变和 CRISPR 机制，在后代中诱导 fle 突变，从而导致持续的种群抑制。通过建模，我们证明反复释放不咬人的 Ifegenia 雄性可以作为一种有效、可限制、可控且安全的种群抑制和消灭系统。”

在新的种群抑制系统中，冈比亚按蚊幼虫被注射了基于 CRISPR 的基因编辑工具。 图片来源：Akbari 实验室，加州大学圣地亚哥分校

越来越多的事实证明，蚊帐和杀虫剂等对抗疟疾传播的传统方法对于阻止疾病传播无效。 全球范围内仍然大量使用杀虫剂，主要是为了阻止疟疾，疟疾增加了非洲和亚洲地区的健康和生态风险。

Smidler 在 2019 年加入加州大学圣地亚哥分校之前获得了哈佛大学博士学位（公共卫生生物科学），她正在运用她在基因技术开发方面的专业知识来解决疾病的传播及其带来的经济危害。 当她和她的同事开发出 Ifegenia 后，她对这项技术作为抑制系统的有效性感到惊讶。

Ifegenia 技术研究第一作者 Andrea Smidler（左）和共同第一作者 Reema Apte。图片来源：Akbari 实验室，加州大学圣地亚哥分校

“这项技术有可能成为世界迫切需要的安全、可控和可扩展的解决方案，以一劳永逸地消除疟疾，”细胞与发育生物学系教授阿克巴里说。“现在我们需要转变努力，寻求社会接受、监管使用授权和资助机会，以使该系统接受抑制野生疟疾传播蚊子种群的最终测试。我们即将对世界产生重大影响，在实现这一目标之前我们不会停止。”研究人员指出，Ifegenia 背后的技术可以适用于传播致命疾病的其他物种，例如已知传播登革热（断骨热）、基孔肯雅热和黄热病病毒的蚊子。

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