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佛罗里达州将释放7.5亿只转基因蚊用以灭蚊

时间: 2020年08月25日 | 作者: 吴非 | 来源: 环球科学(huanqiukexue.com)
世界上最危险的动物是什么?从不同角度考虑,这个问题的答案五花八门。但要用数据说话,选出人类的头号杀手,蚊子当之无愧。


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埃及伊蚊(图片来源:James Gathany/wikipedia)


撰文 | 吴非


下图直观展现了各种动物每年致死的人数:根据比尔及梅琳达·盖茨基金会的估算,蚊子每年导致超过70万人死亡,远远超过包括我们人类自身在内的其他动物(在不同来源的统计中,这一数字有所差异,但无一例外,蚊子都是最致命的动物)。


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蚊子致人死亡的关键就在于它们携带的超过15种病原体。通过雌蚊的叮咬,这些病原体可以传染给人类。其中,最危险的疟疾每年可能导致60多万人丧命,而黄热病、登革热、流行性乙型脑炎等疾病也都会造成上万人死亡。此外,淋巴丝虫病、寨卡等疾病虽然通常不会致命,但也可能造成终身伤残。与此同时,蚊子造成的经济损失也同样惊人。仅仅在巴西,登革热每年造成的直接医疗和间接经济损失就高达13.5亿美元,这还没有算上每年为控制登革热而投入的10亿美元。


不顺利的灭蚊之路


人类与蚊子的斗争可谓“自古以来”。进入20世纪,随着现代化学与生物技术的介入,拥有了更多灭蚊武器的人类,开始从防蚊转为试图大规模消灭蚊子种群。不过,杀灭蚊子的早期尝试并不顺利。


最初的武器是如今早已臭名昭著的杀虫剂DDT。在人们深刻认识到DDT带来的环境与健康问题之前,DDT从上世纪40年代开始被广泛使用,并且的确取得了显著的成效:在一些疟疾严重的地区,这种致命疾病很快消失了。不过随着人们逐渐认识到使用DDT只是饮鸠止渴,这种化合物在上世纪70年代退出了历史舞台。


另一项被寄予厚望的灭蚊手段是昆虫绝育技术(sterile insect technique,SIT)。这项技术的策略是在实验室中通过辐射破坏雄性幼虫的生育能力,这样它们在野外与雌性交配,产下的卵将无法孵化。20世纪50年代起,昆虫绝育技术在消灭美洲的螺旋蝇(Cochliomyia hominivorax)时大获成功。当时,这类能够在牲畜(尤其是牛)身上的小伤口中产卵、孵化,并造成宿主死亡的食肉蝇,每年仅仅给美国畜牧业造成的损失就超过2亿美元。在应用这项技术后,美洲各国的螺旋蝇数量急剧下降,1982年,螺旋蝇在包括美国在内的一些中北美国家被完全消灭。


但是,这项技术用于灭蚊时,却遇到了问题。相比于螺旋蝇,蚊子的幼虫更加脆弱,被辐射照射的雄蚊的生存能力也下降了,因此它们无法与足够的雌蚊交配。目前在苏丹等地,通过昆虫绝育技术灭蚊的研究仍在实验阶段。


转基因灭蚊实验


时间来到21世纪,转基因技术逐渐成为灭蚊新武器,并且已经在野外实验中取得了一些阶段性的成效。就在上周,美国佛罗里达州宣布,将开展一项大规模转基因灭蚊实验。该计划最初于今年5月获得美国环境局的批准,并在上周获得了佛罗里达群岛的蚊虫管控区的最终许可。根据这项计划,自2021年起,在为期两年的时间内,研究人员将在佛罗里达群岛分批释放共7.5亿只转基因雄性埃及伊蚊(这类蚊子是登革热、黄热病、寨卡等疾病的传播媒介)。


看到这里,一些读者可能会产生一丝担心:转基因技术会不会造成意想不到的后果?其实,这并不是转基因蚊子的首次登场。早在2013年,一项著名的转基因蚊子释放实验就在巴西开展。而这两项转基因蚊子野外实验背后,都是一家名为Oxitec的英国生物技术公司。


2002年,这家原名为牛津昆虫技术(Oxford Insect Technologies)的公司成立。Oxitec的目标是用转基因手段来打造“昆虫杀虫剂”,从而控制昆虫(具体而言,是埃及伊蚊)的数量。为此,Oxitec的研究人员使用了释放携带显性致死基因昆虫技术(release of insects carrying a dominant lethal, RIDL)。他们在雄性埃及伊蚊体内植入一种能表达四环素转录调控蛋白的“致死”基因。在实验室中,四环素的存在抑制了致死基因的活性,因此蚊子可以正常存活。但当它们进入野外并与雌性交配产生后代后,由于野外不存在四环素,这些蚊子后代的细胞发育将受到抑制、无法存活,即使侥幸存活也“不孕不育”。


2007年,Oxitec通过上述策略研发出第一代转基因蚊——OX513A。在一系列小规模的野外实验后,2013年起,Oxitec每周向巴西东部巴伊亚州的雅科比纳市投放大约45万只转基因雄蚊。在27个月的时间内,他们总计投放近5000万只蚊子。这次实验也取得了令人惊喜的效果——根据Oxitec的报道,当地野生埃及伊蚊的总数下降了90%以上。


这项实验也遭到了一些质疑,例如耶鲁大学的演化生物学家Jeffrey Powell就在《科学报告》上发表文章质疑称,很多当地蚊子都拥有来自转基因蚊子的遗传物质、这些蚊子对杀虫剂的抗性也可能增强了。不过,Oxitec反驳称文中充满了不负责任、有误导性的猜测,并且文中提到的“交配偏向”现象在全球范围内从未被观测到。今年3月,《科学报告》发表了一篇编辑部关切,表示Powell的文章存在一些不清晰、具有误导性的表述或是缺乏证据的观点。


在之前研究的基础上,Oxitec公司又于近年升级了其转基因蚊子技术。相较于初代技术,这款名为OX5034的第二代转基因蚊子实现了对“工具蚊”的重复利用。在第一代技术中,转基因雄蚊的后代无论性别,都几乎无法存活;而第二代技术仅仅杀死吸血、传播病原体的雌蚊,而在雄蚊后代中,有一半携带致命基因,它们能将基因继续传递给后代,开启种群的自我毁灭程序。随着繁殖代数的增加,这种基因的比例都会降低,直至从环境中消失。


2018年,OX5034首先在巴西圣保罗州进行了小规模野外实验,结果当地蚊子种群数量下降了96%。而此次佛罗里达州通过的,正是基于OX5034转基因蚊子的野外释放实验。此外,一项在美国得克萨斯州的OX5034转基因蚊子投放实验也已经获得美国环境局的批准,正在等待州政府的最后批准。


Oxitec公司的科学家Kevin Gorman表示,截至目前,该公司已经在全球释放了超过10亿只转基因蚊子,没有观测到任何负面效应。而新一代转基因蚊子的效果如何,能否安全、高效地减少当地蚊子种群数量,这两项即将启动的实验将带给我们答案。


参考链接:

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