什么是基因驱动？科学家如何反击致命的蚊子

什么是地球上最致命的动物？这个问题让人想起可怕的狮子，老虎，鲨鱼和鳄鱼。但答案是一只长度不超过1厘米的动物。

在成千上万种不同环境中的蚊子是地球上最致命的动物。 按蚊 仅蚊子，通过咬伤传播疟疾，每年感染超过2亿人，每年造成40万人死亡，其中70％是5岁以下的儿童。

其他蚊子也通过咬伤传播疾病 - 登革热，西尼罗河和寨卡病毒。

我们是伦敦帝国理工学院的遗传学家，专注于蚊子及其作为疾病传播媒介的作用。 20多年来，我们一直专注于基因操纵蚊子的发展。这是因为数十年的疟疾控制告诉我们，预防疟疾最有效的策略是控制蚊子本身。多年的研究已经导致了最终和复杂的遗传工具的发展，称为“基因驱动”。正确设计后，它可以消除实验室笼养的蚊子种群。

另请参阅：机器人提出的数百万寄生虫蚊子可以对抗寨卡病毒

我们每天都在与蚊子疾病作斗争

只有雌性蚊子才能咬人。他们喝人血来收集营养来产卵。如果雌性蚊子感染了病毒或寄生虫，它会将感染传染给被咬伤的人。之后，如果未感染的蚊子叮咬新感染的人类，它将会吸收微生物，并且它也能够将疾病传播给其他人。

对于像疟疾这样对世界近一半人口构成威胁的疾病，公共卫生倡议采用了多种方法来针对疟疾寄生虫本身，如疫苗和药物。其他方法 - 包括杀虫剂，熏蒸，蚊帐和蚊子栖息地的清除 - 努力减少与蚊子的接触或数量。但我们认为，针对蚊子是减少全球疟疾病例的最有效方法。

现在在疟疾负担最重的非洲，在室内喷洒杀虫剂和在含有杀虫剂的蚊帐下睡觉，是迅速减少疟疾传播的最有效方法。这些控制措施和干预措施有助于在许多地方显着减轻疟疾负担。自2010年以来，疟疾造成的死亡率在5岁以下儿童中下降了35％。

但是，这些方法是不可持续的，需要大规模实施才能充分发挥其潜力。这在2014年至2016年间变得明显，这是自2010年以来首次疟疾病例增加，打破了前几年观察到的下降趋势。蚊子正在抵抗抗疟疾药物和杀虫剂，我们的选择和时间已经不多了。

一种新方法

为了实现疟疾根除，公共卫生研究人员必须升级我们的武器库。为了实现这一目标，我们帝国理工学院的Crisanti实验室一直致力于实现这一目标。

最近，开发了一种名为CRISPR的技术，使科学家能够高效地编辑DNA。世界各地的研究人员正在使用CRISPR来修饰蚊子DNA，目的是消除蚊子传播的疾病，如疟疾。在我们的实验室中，我们开发了可能是有史以来提出的技术的最先进用途。它被称为“基因驱动”。这种基因修饰具有在野生群体中传播特性的能力，超越了传统的遗传规律。

通过经典的遗传定律从一代父母传给下一代的DNA只有每一代后代的一半遗传。这使蚊子群体中遗传修饰或性状的频率保持不变。

超过50％的后代遗传了基因驱动。这使它们能够逐渐增加后代的性状频率，这比其他转基因蚊子的潜在使用更具优势。

改变野生蚊子种群的伦理道德

我们设计了一种基因驱动，针对雌性蚊子发育所必需的生育基因。当这些基因被破坏时，雌性昆虫不能咬或产生后代。

基因驱动的优势在于我们只能针对 按蚊冈比亚 物种 - 撒哈拉以南非洲地区传播疾病的主要媒介之一 - 不会影响那些没有影响的物种。

当我们在实验室测试我们的技术时，我们能够将这种特性传播到笼子中100％的蚊子种群中。产生正常雄性蚊子和不育雌性的后果是我们在六个月内将人口降至零。

这是第一次使用基因驱动抑制人群，尽管在实验室中。

基因驱动是一种快速发展且功能强大的基因技术。在没有人为干预的情况下改造自然种群的能力，使其成为补充目前用于对抗传染病的工具和方法，减少其经济和生态负担的理想选择。

尽管在实验室中抑制笼养蚊子种群是一项具有里程碑意义的成就，但基因驱动的实际田间释放至少在未来十年内。

因为它们可以在自己和潜在的大地理区域上传播，所以该技术引起了对其使用的潜在伦理问题。例如，如果没有实现受其影响的社区的完全共识，谁决定何时释放基因驱动？这些问题受到科学家，伦理学家，监管者以及可能受基因驱动技术影响的人们的广泛争论。

尽管如此，科学界在保护技术的潜在方法方面取得了很大进展，包括限制其传播的设计潜力。关于是否可以在野外释放基因驱动的最终决定必须在受影响国家的同意下进行，更具体地说，是每天生活在这些疾病中的社区。

本文最初发表在Andrea Crisanti和Kyros Kyrou的The Conversation上。阅读原文。