佛羅裡達州將釋放7.5億隻轉基因蚊用以滅蚊

2020-09-07 北京科協

世界上最危險的動物是什麼？從不同角度考慮，這個問題的答案五花八門。但要用數據說話，選出人類的頭號殺手，蚊子當之無愧。

埃及伊蚊（圖片來源：James Gathany/wikipedia）


下圖直觀展現了各種動物每年致死的人數：根據比爾及梅琳達·蓋茨基金會的估算，蚊子每年導致超過70萬人死亡，遠遠超過包括我們人類自身在內的其他動物（在不同來源的統計中，這一數字有所差異，但無一例外，蚊子都是最致命的動物）。



蚊子致人死亡的關鍵就在於它們攜帶的超過15種病原體。通過雌蚊的叮咬，這些病原體可以傳染給人類。其中，最危險的瘧疾每年可能導致60多萬人喪命，而黃熱病、登革熱、流行性乙型腦炎等疾病也都會造成上萬人死亡。此外，淋巴絲蟲病、寨卡等疾病雖然通常不會致命，但也可能造成終身傷殘。與此同時，蚊子造成的經濟損失也同樣驚人。僅僅在巴西，登革熱每年造成的直接醫療和間接經濟損失就高達13.5億美元，這還沒有算上每年為控制登革熱而投入的10億美元。


不順利的滅蚊之路


人類與蚊子的鬥爭可謂「自古以來」。進入20世紀，隨著現代化學與生物技術的介入，擁有了更多滅蚊武器的人類，開始從防蚊轉為試圖大規模消滅蚊子種群。不過，殺滅蚊子的早期嘗試並不順利。


最初的武器是如今早已臭名昭著的殺蟲劑DDT。在人們深刻認識到DDT帶來的環境與健康問題之前，DDT從上世紀40年代開始被廣泛使用，並且的確取得了顯著的成效：在一些瘧疾嚴重的地區，這種致命疾病很快消失了。不過隨著人們逐漸認識到使用DDT只是飲鳩止渴，這種化合物在上世紀70年代退出了歷史舞臺。


另一項被寄予厚望的滅蚊手段是昆蟲絕育技術（sterile insect technique，SIT）。這項技術的策略是在實驗室中通過輻射破壞雄性幼蟲的生育能力，這樣它們在野外與雌性交配，產下的卵將無法孵化。20世紀50年代起，昆蟲絕育技術在消滅美洲的螺旋蠅（Cochliomyia hominivorax）時大獲成功。當時，這類能夠在牲畜（尤其是牛）身上的小傷口中產卵、孵化，並造成宿主死亡的食肉蠅，每年僅僅給美國畜牧業造成的損失就超過2億美元。在應用這項技術後，美洲各國的螺旋蠅數量急劇下降，1982年，螺旋蠅在包括美國在內的一些中北美國家被完全消滅。


但是，這項技術用於滅蚊時，卻遇到了問題。相比於螺旋蠅，蚊子的幼蟲更加脆弱，被輻射照射的雄蚊的生存能力也下降了，因此它們無法與足夠的雌蚊交配。目前在蘇丹等地，通過昆蟲絕育技術滅蚊的研究仍在實驗階段。


轉基因滅蚊實驗


時間來到21世紀，轉基因技術逐漸成為滅蚊新武器，並且已經在野外實驗中取得了一些階段性的成效。就在上周，美國佛羅裡達州宣布，將開展一項大規模轉基因滅蚊實驗。該計劃最初於今年5月獲得美國環境局的批准，並在上周獲得了佛羅裡達群島的蚊蟲管控區的最終許可。根據這項計劃，自2021年起，在為期兩年的時間內，研究人員將在佛羅裡達群島分批釋放共7.5億隻轉基因雄性埃及伊蚊（這類蚊子是登革熱、黃熱病、寨卡等疾病的傳播媒介）。


看到這裡，一些讀者可能會產生一絲擔心：轉基因技術會不會造成意想不到的後果？其實，這並不是轉基因蚊子的首次登場。早在2013年，一項著名的轉基因蚊子釋放實驗就在巴西開展。而這兩項轉基因蚊子野外實驗背後，都是一家名為Oxitec的英國生物技術公司。


2002年，這家原名為牛津昆蟲技術（Oxford Insect Technologies）的公司成立。Oxitec的目標是用轉基因手段來打造「昆蟲殺蟲劑」，從而控制昆蟲（具體而言，是埃及伊蚊）的數量。為此，Oxitec的研究人員使用了釋放攜帶顯性致死基因昆蟲技術（release of insects carrying a dominant lethal, RIDL）。他們在雄性埃及伊蚊體內植入一種能表達四環素轉錄調控蛋白的「致死」基因。在實驗室中，四環素的存在抑制了致死基因的活性，因此蚊子可以正常存活。但當它們進入野外並與雌性交配產生後代後，由於野外不存在四環素，這些蚊子後代的細胞發育將受到抑制、無法存活，即使僥倖存活也「不孕不育」。


2007年，Oxitec通過上述策略研發出第一代轉基因蚊——OX513A。在一系列小規模的野外實驗後，2013年起，Oxitec每周向巴西東部巴伊亞州的雅科比納市投放大約45萬隻轉基因雄蚊。在27個月的時間內，他們總計投放近5000萬隻蚊子。這次實驗也取得了令人驚喜的效果——根據Oxitec的報導，當地野生埃及伊蚊的總數下降了90%以上。


這項實驗也遭到了一些質疑，例如耶魯大學的演化生物學家Jeffrey Powell就在《科學報告》上發表文章質疑稱，很多當地蚊子都擁有來自轉基因蚊子的遺傳物質、這些蚊子對殺蟲劑的抗性也可能增強了。不過，Oxitec反駁稱文中充滿了不負責任、有誤導性的猜測，並且文中提到的「交配偏向」現象在全球範圍內從未被觀測到。今年3月，《科學報告》發表了一篇編輯部關切，表示Powell的文章存在一些不清晰、具有誤導性的表述或是缺乏證據的觀點。


在之前研究的基礎上，Oxitec公司又於近年升級了其轉基因蚊子技術。相較於初代技術，這款名為OX5034的第二代轉基因蚊子實現了對「工具蚊」的重複利用。在第一代技術中，轉基因雄蚊的後代無論性別，都幾乎無法存活；而第二代技術僅僅殺死吸血、傳播病原體的雌蚊，而在雄蚊後代中，有一半攜帶致命基因，它們能將基因繼續傳遞給後代，開啟種群的自我毀滅程序。隨著繁殖代數的增加，這種基因的比例都會降低，直至從環境中消失。


2018年，OX5034首先在巴西聖保羅州進行了小規模野外實驗，結果當地蚊子種群數量下降了96%。而此次佛羅裡達州通過的，正是基於OX5034轉基因蚊子的野外釋放實驗。此外，一項在美國德克薩斯州的OX5034轉基因蚊子投放實驗也已經獲得美國環境局的批准，正在等待州政府的最後批准。


Oxitec公司的科學家Kevin Gorman表示，截至目前，該公司已經在全球釋放了超過10億隻轉基因蚊子，沒有觀測到任何負面效應。而新一代轉基因蚊子的效果如何，能否安全、高效地減少當地蚊子種群數量，這兩項即將啟動的實驗將帶給我們答案。


參考連結：

https://www.the-scientist.com/news-opinion/750-million-gm-mosquitoes-will-be-released-in-the-florida-keys-67855

https://www.oxitec.com/en/news/oxitec-response-scientific-reports-article

https://www.oxitec.com/brazil

https://www.fda.gov/files/animal%20&%20veterinary/published/Oxitec-Mosquito---Draft-Environmental-Assessment.pdf

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