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转基因蚊子,起飞!

时间: 2021年05月07日 | 作者: Admin | 来源: 环球科学(huanqiukexue.com)
近期,英国生物技术公司Oxitec开始在美国佛罗里达群岛释放转基因埃及伊蚊以消灭本地蚊群,这也是美国首次释放转基因蚊子。

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图片来源:pixabay


埃及伊蚊只占佛罗里达群岛蚊子总数量的4%,但造成了该地区几乎所有的蚊媒传播疾病。此前,由于一系列的监管和佛罗里达州居民的反对,美国一直没有尝试使用过任何转基因蚊子。这一次,他们终于决定让蚊子飞一会……


报道 | 《环球科学》编辑部


就在4月下旬,Oxitec突破了重重障碍,开始在美国佛罗里达群岛3个区域的6个位置,放置装有转基因蚊子卵的盒子。他们预计,首批经过改造的雄蚊将在5月的前两周内出现。在此后的12周中,每周将有大约1.2万只雄蚊进入当地环境。Oxitec表示,在今年晚些时间的第二阶段,他们将在大约16周内释放近2000万只转基因蚊子。



与蚊子的斗争


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。伊蚊是蚊科中最大的属,有近1000个不同的蚊子物种,我们所熟知的“花蚊子”(白纹伊蚊),以及对人类威胁最大的埃及伊蚊都属于伊蚊属。埃及伊蚊是多种致命传染病的主要传播媒介,它们携带的病毒可导致黄热病、登革热、寨卡等多种疾病。埃及伊蚊不仅危害着人类的健康,还给全世界造成了巨大的经济损失。


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埃及伊蚊是登革热、黄热病等多种致命传染病的主要传播媒介。(图片来源:Wikipedia)


人类最初应对蚊子的武器是如今早已臭名昭著的杀虫剂DDT。DDT从上世纪40年代开始被广泛使用,并且取得了显著的成效: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只是饮鸩止渴,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。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。


本世纪开始,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。2013年,Oxitec在巴西开展了一项转基因蚊子释放实验。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。


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在佛罗里达群岛工作的 Oxitec 员工。(图片来源:Oxitec 2021)


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了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”。


其实早在2007年,Oxitec就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。不过,随之而来的则是其他科学家的质疑。



与质疑声的斗争


按照Oxitec的设想,OX513A和当地野生雌蚊交配后,下一代存活率极低,且无法拥有生育能力。然而,耶鲁大学的进化生物学家Jeffrey Powell带领他的研究团队对此进行了独立调查。他们在投放后对当地的伊蚊幼虫进行了多次采样和基因分型,结果发现,当地蚊子的基因组与原先相比发生了明显的变化——样本中大约10%到60%的个体拥有了来自OX513A的基因。


这意味着,OX513A与野生雌蚊的后代不仅可育,还产生了不少拥有巴西、古巴、墨西哥的“三国混血”。而按照Oxitec原先的描述,杂交后代应该会不孕不育,迅速死亡,因此OX513A的基因不应该传递下去。也就是说,这一切原本不应该发生。


不过,Oxitec公司发言人曾驳斥称,Powell团队的研究包含了“大量虚假的、推测性的和未经证实的说法”。在一份长达三页纸的文件中,Oxitec指责论文并没有发现“OX513A雄蚊的投放对当地的人群或者环境有任何实质性的负面影响”,却充斥着各种误导性的猜测。早在野外实际投放之前,公司内部的实验结果就表明向OX513A插入的“致死基因”并不会让蚊子后代100%致死,后代仍有小概率存活。


有专家曾担心这篇论文可能会激发民众对于转基因生物的怀疑情绪,因此希望论文做出相应的澄清。这并不是夸张,就在去年5月,美国佛罗里达州宣布将开展一项大规模转基因灭蚊实验,并获得了佛罗里达群岛的蚊虫管控区的最终许可。在美国环境局给出批准后,Oxitec就开始在佛罗里达群岛开始安置设备。


实际上,虽然监管机构放行了,佛罗里达群岛一些居民一直都强烈反对在当地进行实验。他们反对的理由也是五花八门:比如担心被蚊虫叮咬,担心昆虫会破坏佛罗里达的生态系统,或者有些人就单纯地对被选为测试点感到不满,一些人甚至威胁要在释放点附近喷洒杀虫剂来破坏实验。“正如我们所能想象的那样,大家对此情绪高涨,有人强烈支持,有人却极力反对。”分子生物学家Natalie Kofler说。


Kofler认为许多担忧都源于新技术的不确定性。Oxitec一直与佛罗里达群岛的社区合作,并给他们提供安全性的解释,例如告诉当地人带有致死基因的雌性蚊子繁殖的可能性很小。


Kofler说,许多人并不是很信任他们所听到的内容,仅仅因为这些言论来自一家公司。Kofler希望在未来能收集足够的数据来评估转基因蚊子的影响,包括对佛罗里达群岛其他物种和当地生态系统的影响,并且“以一种透明的方式进行评估,这样使当地人对此实验的感觉要更好”。


现在,因为Oxitec还无法完全说服所有居民,公司员工只好将装置放在有围栏的私有财产上,并且向公众隐藏了确切位置,以此来防止破坏行为。为了监视实验的进展,研究人员将使用捕获装置捕获一些蚊子进行研究。Oxitec蚊子带有一个荧光标记基因,当暴露于特定颜色的光下时,它们会发光,从而使识别更加容易。


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Oxitec 没有向公众透露具体的装置位置。(图片来源:Oxitec 2021)


他们将测量大量数据,包括雄性蚊子从盒子离开后行进的距离、转基因蚊子寿命的长短、它们如何有效抑制野生雌性蚊子的数量,以及所有带有该基因的雌蚊是否死亡。这些数据将决定当地人对这些实验的态度是否会有改观,也将帮助美国环境保护局确定Oxitec是否可以在美国更广泛的区域释放蚊子。


Oxitec在过去十年中面临着美国三个不同联邦机构的监管评估,以及来自佛罗里达州居民的反对。


2010年3月:Oxitec向美国农业部(USDA)提出了对其转基因蚊子进行田间实验的要求。

2011年10月:美国农业部称,他们对Oxitec的蚊子没有监管权。

2011年11月:美国食品药品监督管理局(FDA)声称对蚊子实验进行管辖,因此Oxitec向该机构提交了在佛罗里达群岛进行实验的申请。

2016年8月:FDA批准了该实验,实验开始日期取决于佛罗里达群岛蚊虫管控区(FKMCD)董事会对蚊子释放地点的批准。

2016年11月:佛罗里达群岛 Haven区居民在全民投票中投票反对该实验,但佛罗里达州门罗县的其他地方支持进行实验。

2017年10月:FDA将Oxitec蚊子实验的管辖权移交给了美国环境保护局(EPA)。

2019年3月:由于技术进步以及按照EPA的要求,Oxitec开始使用第二代转基因蚊子。

2020年4月:美国环境保护局批准该项目。

2020年8月:FKMCD董事会投票决定继续进行实验。

2021年4月:该实验在门罗县的多个群岛正式开始,Oxitec将在这些地方释放转基因蚊子。