發表於2019年5月31日的《科學》(Science)雜誌上的一篇最新研究表明,在西非布吉納法索一個模擬的村莊裡,一種轉基因真菌可以安全地將一種毒素傳遞給蚊子,從而使蚊子的數量減少了99%以上。
目前還沒有轉基因瘧疾控制技術在實際的田間試驗中取得如此大的進展,這篇論文標誌著一個巨大的進步,並為這種和其他轉基因方法的發展開創了先例。
圖 :一種能傳播瘧疾的按蚊,在這種蚊子死後,體內會產生一種經過基因改造的真菌。在紫外光照射下,加入綠色螢光蛋白標記真菌。
真菌是一種自然產生的病原體,在野外感染昆蟲並慢慢殺死它們。幾個世紀以來,它一直被用來控制各種害蟲。科學家們使用了一種蚊子特有的真菌---平沙綠僵菌Metarhizium pingshaense,利用藍山漏鬥網蜘蛛的基因對這種真菌進行了基因改造,並將其改造能生成一種該蜘蛛的毒素,這種毒素已被美國環境保護署(EPA)批准直接應用於農作物,以控制農業害蟲。真菌產生毒素殺死蚊子的速度比蚊子繁殖的速度還要快。這種轉基因真菌導致蚊子在繁殖兩代的時間內數量銳減到不可持續的水平。
為確保改良的真菌只在蚊子體內產生毒素,科學家們還添加了控制開關,保證只有在探測到在蚊子的血液才會啟動。在對其他昆蟲進行了改良真菌的試驗,發現這種真菌對蜜蜂等有益物種無害。
科研人員首先在實驗室裡驗證了轉基因真菌的安全性後,又在模擬自然的受控環境中進行了測試。在布吉納法索瘧疾流行的一個農村地區,他們建造了一個大約約655平方米的封閉式結構,稱為「蚊子圈」。在室內,多個經過篩選的房間包含實驗小屋、植物、小型蚊子繁殖池和蚊子的食物來源。
實驗中,研究人員將塗有芝麻油的黑色棉布掛到三間小屋的牆上。其中1片用轉基因菌平沙綠僵菌混合油,1片用野生型平沙綠僵菌混合油,1片只用芝麻油。然後,他們將1000隻成年雄蚊和500隻成年雌蚊釋放到每一個蚊子空間中,建立繁殖種群。然後,研究人員連續45天每天在每個房間裡清點蚊子數量。
在含有轉基因真菌處理過的薄片的房間裡,蚊子數量在45天內急劇下降,只有13隻成年蚊子。對於雄性來說,這還不足以形成一個蚊子繁殖所必需的群體。相比之下,研究人員在45天後,野生真菌處理組統計了455隻的蚊子和普通芝麻油組1396隻蚊子。進行了多次重複實驗,得到了同樣驚人的結果。
在實驗室進行的類似實驗中,科學家們還發現,感染了轉基因真菌的雌性蚊子只產了26個卵子,其中只有3個發育成成年,而未感染的雌性可產139個卵子,74個發育成成年。
瘧疾每年導致2億多人患病,40多萬人死亡,其中大多數是撒哈拉以南非洲地區的兒童。全球控制瘧疾的努力似乎停滯不前,部分原因是傳播這種寄生蟲的蚊子對殺蟲劑的抗藥性越來越強。本研究中測試的新技術,對於當地社區的抗瘧疾應用是至關重要的。黑色棉布床單和芝麻油相對便宜,在當地很容易買到。這種做法也不要求人們改變他們的行為,因為真菌可以與現在常用的殺蟲劑一起使用。
但這項研究也提出了幾個緊迫的問題。真菌的基因工程可能對公共健康產生負面影響,並對生態系統產生不可預測的連鎖反應,影響傳粉者、蝙蝠和蜜蜂。就像所有的基因工程一樣,這需要非常謹慎地處理。
接下來,國際科學家小組希望在當地村莊或社區測試他們的轉基因真菌。在將這種新方法應用於一個開放的環境(如村莊)之前,需要滿足許多監管和社會基準,但研究人員表示,這項研究有助於為此類試驗提供依據。