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地球上对人类来说最致命的生物是什么?大白鲨、黑曼巴蛇还是澳洲箱型水母?
然而,如果以致死人数论,动物学家的答案是蚊子—这种貌不惊人而分布广泛的昆虫给人类带来的不仅仅是噪音扰眠和痛痒难耐;以蚊子为媒介传播的疟疾、登革热和黄热病等疾病每年造成全球上百万人丧生。
疟疾是一种由疟原虫引起的恶性传染病,主要由雌蚊叮咬传播,全世界大约一半人口都生活在疟疾的威胁之中。根据世界卫生组织的报告,仅在2010年,全球就有两亿人感染,数十万人丧命。尽管随着医疗卫生条件的进步,死亡率在逐年下降,但在撒哈拉以南的非洲地区,每分钟就有一名五岁以下的儿童因疟疾而夭折。疟疾疫苗的研制困难重重,至今仍然没有一种高效而持久的疫苗问世。到目前为止,最便宜有效的防蚊方法居然还是古老的蚊帐。
在疟疾疫苗的研究裹足不前的同时,近几十年的转基因技术倒是突飞猛进。自从1973年斯坦福大学的遗传学家科恩(Stanley Cohen)第一次将抗生素基因插入大肠杆菌的质粒DNA,转基因技术就开始被极尽所能地应用到各种生物体上,扰人的蚊子自然也在研究列表中。
如何改造蚊子的基因来控制疾病传播?就疟疾而言,无非是在蚊子的基因组上动点手脚,让它们失去“媒介”能力,而且比普通蚊子更具遗传优势。理想情况下,一定数量的转基因蚊子被放生,然后在一定时间内打败乃至替代普通蚊子。它们虽然还会咬人,可是不会再传播那些骇人的疾病了。
这种思路并不是想要消灭蚊子,而是充满“蚊道主义”地为它们治病。不同种类的疟原虫是有宿主选择性的,比如说,老鼠不会患上能够感染人类的疟疾,反之亦然。因此,如果把老鼠体内对人疟疾免疫的基因“嫁接”到蚊子的基因组里面,那么蚊子就不会感染人疟原虫,也就不会在吸血时传染给人类了。换句话说,这就相当于用基因技术给蚊子接种了人疟疾疫苗。
激活蚊子对疟原虫免疫的基因并不困难,因为它们的基因组中存在许多这样的位点;问题在于,如同温室中培育的花朵,在实验室中培育的转基因蚊子也常常不容易适应环境,一旦放飞到野外与普通蚊子自由竞争,它们就只有自生自灭的份儿。虽然有研究表明,由于抗疟蚊子体内不会有疟原虫寄生,它们的寿命会比普通蚊子稍长,能产下更多的后代,但是,抗疟蚊子不但需要在疟原虫环境下比普通蚊子适应性更强,在非疟原虫环境下也应如此—否则,疟疾终结之时,也是疫苗失效之日,之后疟疾就可以轻松杀个回马枪了。
入选《科学》杂志2012年度科学进展的一项新技术也许能为转基因抗疟蚊子的研究带来新的转机。“TALENs”也即“类转录激活因子效应物核酸酶”技术能够选择性切断特定DNA序列,从而准确地破坏或改变某一基因位点,因此也被形象地比喻为“基因组巡航导弹”。今年3月,弗吉尼亚理工大学的两位科学家已经成功利用TALENs精确地操控了蚊子眼睛的颜色,这也意味着,转基因抗疟蚊子也许会在不久的将来表现得更加优秀。
登革热不如疟疾传播那样广泛,却也足够令人闻风丧胆。这种疾病通过伊蚊传播,尚无特效药和疫苗,2010年全球有210万人感染,上万人死亡,东南亚和美洲中部的疫情都不容小觑。
利用转基因蚊子预防登革热,事实上是“不育昆虫技术”(SIT)的延伸。这一技术把经过辐射或化学处理后具有生育缺陷的雄性昆虫释放到环境中,与正常雌性昆虫交配,产下不能存活或者没有生育能力的后代。SIT技术已经被有效应用于消灭蝇类农业害虫,研究抗登革热蚊子的灵感正是来源于此。相比疟疾,登革热几乎只通过埃及伊蚊和白纹伊蚊传播,转基因的针对性更强,效果也更好。
2010年,加州大学欧文分校的安东尼·詹姆士教授(Anthony A. James)的研究小组取得了一个突破。他们找到了雄蚊体内控制翅膀肌肉组织发育的基因,并将其重组。经过基因改造的雄蚊和普通雌蚊交配后产下的雌性后代没有翅膀,无法觅食和交配,生下不久即死亡;雄性后代则不受影响,并且可携带相同基因继续繁殖。由于雄蚊一般不吸人血,因此不会传染疾病。研究人员认为,当这种转基因蚊子被投放到野外后,数量会很快超过野生蚊子,具有飞行能力的雌蚊将在6至9个月内灭亡。
而英国牛津昆虫技术公司(Oxitec)则率先将转基因蚊子的工厂化培育和野外放飞试验变为了现实。Oxitec公司培育的埃及伊蚊带有基因缺陷,只有在四环素环境中饲养才能够成年并繁育。人工分离出的公蚊放飞到野外后与普通雌蚊交配,继承了基因缺陷的后代却无法在缺乏四环素的环境中生存。在2010年进行的开曼群岛试验中,300万只带有基因缺陷的雄性埃及伊蚊被放飞到面积约为16公顷的自然环境中。23周之后,和未经干扰的空白对照区相比,试验区内的蚊子数目降低到了之前的五分之一。这一成果已被发表在2012年的《自然·生物科技》杂志上。
在科学发展带来的风险之中,对生态环境的影响一直是难以评估的。半个世纪之前的大规模灭蚊行动中,人类已经吃够了DDT之类有机氯农药的苦头。手持化学武器的人类洋洋得意地以为自己“战无不胜”,化学家穆勒以DDT的昆虫毒理研究获得了1948年诺贝尔奖,连世界卫生组织也乐观地认为疟疾的灭绝指日可待。然而之后发生的事情却像是大自然的冷嘲热讽:生态灾难和蚊子抗药性的提高导致DDT在1980年代被全球性禁用。最终这场化学战以蚊子卷土重来、疟疾防控被重新提上日程而结束。
即使是最原始的防蚊方法—蚊帐,也可能会对生态环境造成影响。在肯尼亚和坦桑尼亚等非洲国家,科学家们发现,蚊子们为了适应蚊帐的使用而进化出了新的作息时间,并扩大了活动范围:既然无法在夜里对室内的人们进行攻击,它们就更多地在白天以及室外攻击人类。
在“转基因”屡屡被推上风口浪尖的今天,Oxitec公司自然也未能逃脱野外放飞试验带来的争议。2010年以来,Oxitec已经在马来西亚、开曼群岛和巴西进行了数次中小规模的试验。英国的非营利组织“基因监察”(GeneWatch UK)声称,放飞试验之前并未进行完善的环境评估:比如,部分依赖四环素生存的转基因公蚊可能依靠环境中微量的四环素而长期生存繁衍,导致不可控的变异;放飞的蚊子中混有的极少量雌蚊叮咬人类时,也有可能将转基因物质注入人体血液,带来未知的影响;蚊子的数量波动还可能引发食物链异常。
此外,还有政治和道德方面的指责:巴西政府对该项试验的许可更多的是基于蚊子培育工厂的商业价值考虑;Oxitec公司有利用部分国家的法规漏洞之嫌;甚至,试验当地居民竟然对此毫不知情,他们事后才得知自己的居住地被当作了转基因蚊子的试验场。
对此,伦敦卫生和热带医学学院讲师、昆虫学家詹姆士·洛根博士(James Logan)评论说:“这种研究理论上会对抵抗疟疾产生巨大影响。但最关键的问题是,将转基因蚊子放到野外后究竟会发生什么?只有弄清楚这些,我们才会知道这种防控方法能否最终投入应用。”另一位昆虫权威也评论道:“蚊子的生态壁龛到底是怎样的?我们甚至对蚊子在生态系统中的地位并没有十分详尽的了解,因为我们一直在试图杀灭它们,而不是观察它们。”
目前,Oxitec在佛罗里达州基韦斯特岛(Key West, Florida)的试验仍在等待美国食品药物管理局(FDA)的环境风险评价。一旦获批,这将是在美国境内首次进行的转基因动物释放试验。
登革热在美国一度绝迹,而2009和2010年它又卷土重来,在佛罗里达群岛造成93例发病。今年是热带风暴“Debby”退去后的第一年,随着虫卵的孵化和气温的升高,这一地区登革热爆发的危险指数又在急剧上升。Oxitec公司称,埃及伊蚊并非基韦斯特的原生物种,因此降低其种群数量并不会带来生态影响。虽然佛州当局对放飞试验并无异议,但来自民间的请愿和抗议声始终不断,这也为转基因蚊子的前景蒙上了一层阴影。
然而,如果以致死人数论,动物学家的答案是蚊子—这种貌不惊人而分布广泛的昆虫给人类带来的不仅仅是噪音扰眠和痛痒难耐;以蚊子为媒介传播的疟疾、登革热和黄热病等疾病每年造成全球上百万人丧生。
为蚊子接种疟疾疫苗
疟疾是一种由疟原虫引起的恶性传染病,主要由雌蚊叮咬传播,全世界大约一半人口都生活在疟疾的威胁之中。根据世界卫生组织的报告,仅在2010年,全球就有两亿人感染,数十万人丧命。尽管随着医疗卫生条件的进步,死亡率在逐年下降,但在撒哈拉以南的非洲地区,每分钟就有一名五岁以下的儿童因疟疾而夭折。疟疾疫苗的研制困难重重,至今仍然没有一种高效而持久的疫苗问世。到目前为止,最便宜有效的防蚊方法居然还是古老的蚊帐。
在疟疾疫苗的研究裹足不前的同时,近几十年的转基因技术倒是突飞猛进。自从1973年斯坦福大学的遗传学家科恩(Stanley Cohen)第一次将抗生素基因插入大肠杆菌的质粒DNA,转基因技术就开始被极尽所能地应用到各种生物体上,扰人的蚊子自然也在研究列表中。
如何改造蚊子的基因来控制疾病传播?就疟疾而言,无非是在蚊子的基因组上动点手脚,让它们失去“媒介”能力,而且比普通蚊子更具遗传优势。理想情况下,一定数量的转基因蚊子被放生,然后在一定时间内打败乃至替代普通蚊子。它们虽然还会咬人,可是不会再传播那些骇人的疾病了。
这种思路并不是想要消灭蚊子,而是充满“蚊道主义”地为它们治病。不同种类的疟原虫是有宿主选择性的,比如说,老鼠不会患上能够感染人类的疟疾,反之亦然。因此,如果把老鼠体内对人疟疾免疫的基因“嫁接”到蚊子的基因组里面,那么蚊子就不会感染人疟原虫,也就不会在吸血时传染给人类了。换句话说,这就相当于用基因技术给蚊子接种了人疟疾疫苗。
激活蚊子对疟原虫免疫的基因并不困难,因为它们的基因组中存在许多这样的位点;问题在于,如同温室中培育的花朵,在实验室中培育的转基因蚊子也常常不容易适应环境,一旦放飞到野外与普通蚊子自由竞争,它们就只有自生自灭的份儿。虽然有研究表明,由于抗疟蚊子体内不会有疟原虫寄生,它们的寿命会比普通蚊子稍长,能产下更多的后代,但是,抗疟蚊子不但需要在疟原虫环境下比普通蚊子适应性更强,在非疟原虫环境下也应如此—否则,疟疾终结之时,也是疫苗失效之日,之后疟疾就可以轻松杀个回马枪了。
入选《科学》杂志2012年度科学进展的一项新技术也许能为转基因抗疟蚊子的研究带来新的转机。“TALENs”也即“类转录激活因子效应物核酸酶”技术能够选择性切断特定DNA序列,从而准确地破坏或改变某一基因位点,因此也被形象地比喻为“基因组巡航导弹”。今年3月,弗吉尼亚理工大学的两位科学家已经成功利用TALENs精确地操控了蚊子眼睛的颜色,这也意味着,转基因抗疟蚊子也许会在不久的将来表现得更加优秀。
基因绝育术
登革热不如疟疾传播那样广泛,却也足够令人闻风丧胆。这种疾病通过伊蚊传播,尚无特效药和疫苗,2010年全球有210万人感染,上万人死亡,东南亚和美洲中部的疫情都不容小觑。
利用转基因蚊子预防登革热,事实上是“不育昆虫技术”(SIT)的延伸。这一技术把经过辐射或化学处理后具有生育缺陷的雄性昆虫释放到环境中,与正常雌性昆虫交配,产下不能存活或者没有生育能力的后代。SIT技术已经被有效应用于消灭蝇类农业害虫,研究抗登革热蚊子的灵感正是来源于此。相比疟疾,登革热几乎只通过埃及伊蚊和白纹伊蚊传播,转基因的针对性更强,效果也更好。
2010年,加州大学欧文分校的安东尼·詹姆士教授(Anthony A. James)的研究小组取得了一个突破。他们找到了雄蚊体内控制翅膀肌肉组织发育的基因,并将其重组。经过基因改造的雄蚊和普通雌蚊交配后产下的雌性后代没有翅膀,无法觅食和交配,生下不久即死亡;雄性后代则不受影响,并且可携带相同基因继续繁殖。由于雄蚊一般不吸人血,因此不会传染疾病。研究人员认为,当这种转基因蚊子被投放到野外后,数量会很快超过野生蚊子,具有飞行能力的雌蚊将在6至9个月内灭亡。
而英国牛津昆虫技术公司(Oxitec)则率先将转基因蚊子的工厂化培育和野外放飞试验变为了现实。Oxitec公司培育的埃及伊蚊带有基因缺陷,只有在四环素环境中饲养才能够成年并繁育。人工分离出的公蚊放飞到野外后与普通雌蚊交配,继承了基因缺陷的后代却无法在缺乏四环素的环境中生存。在2010年进行的开曼群岛试验中,300万只带有基因缺陷的雄性埃及伊蚊被放飞到面积约为16公顷的自然环境中。23周之后,和未经干扰的空白对照区相比,试验区内的蚊子数目降低到了之前的五分之一。这一成果已被发表在2012年的《自然·生物科技》杂志上。
野外放飞的争议
在科学发展带来的风险之中,对生态环境的影响一直是难以评估的。半个世纪之前的大规模灭蚊行动中,人类已经吃够了DDT之类有机氯农药的苦头。手持化学武器的人类洋洋得意地以为自己“战无不胜”,化学家穆勒以DDT的昆虫毒理研究获得了1948年诺贝尔奖,连世界卫生组织也乐观地认为疟疾的灭绝指日可待。然而之后发生的事情却像是大自然的冷嘲热讽:生态灾难和蚊子抗药性的提高导致DDT在1980年代被全球性禁用。最终这场化学战以蚊子卷土重来、疟疾防控被重新提上日程而结束。
即使是最原始的防蚊方法—蚊帐,也可能会对生态环境造成影响。在肯尼亚和坦桑尼亚等非洲国家,科学家们发现,蚊子们为了适应蚊帐的使用而进化出了新的作息时间,并扩大了活动范围:既然无法在夜里对室内的人们进行攻击,它们就更多地在白天以及室外攻击人类。
在“转基因”屡屡被推上风口浪尖的今天,Oxitec公司自然也未能逃脱野外放飞试验带来的争议。2010年以来,Oxitec已经在马来西亚、开曼群岛和巴西进行了数次中小规模的试验。英国的非营利组织“基因监察”(GeneWatch UK)声称,放飞试验之前并未进行完善的环境评估:比如,部分依赖四环素生存的转基因公蚊可能依靠环境中微量的四环素而长期生存繁衍,导致不可控的变异;放飞的蚊子中混有的极少量雌蚊叮咬人类时,也有可能将转基因物质注入人体血液,带来未知的影响;蚊子的数量波动还可能引发食物链异常。
此外,还有政治和道德方面的指责:巴西政府对该项试验的许可更多的是基于蚊子培育工厂的商业价值考虑;Oxitec公司有利用部分国家的法规漏洞之嫌;甚至,试验当地居民竟然对此毫不知情,他们事后才得知自己的居住地被当作了转基因蚊子的试验场。
对此,伦敦卫生和热带医学学院讲师、昆虫学家詹姆士·洛根博士(James Logan)评论说:“这种研究理论上会对抵抗疟疾产生巨大影响。但最关键的问题是,将转基因蚊子放到野外后究竟会发生什么?只有弄清楚这些,我们才会知道这种防控方法能否最终投入应用。”另一位昆虫权威也评论道:“蚊子的生态壁龛到底是怎样的?我们甚至对蚊子在生态系统中的地位并没有十分详尽的了解,因为我们一直在试图杀灭它们,而不是观察它们。”
目前,Oxitec在佛罗里达州基韦斯特岛(Key West, Florida)的试验仍在等待美国食品药物管理局(FDA)的环境风险评价。一旦获批,这将是在美国境内首次进行的转基因动物释放试验。
登革热在美国一度绝迹,而2009和2010年它又卷土重来,在佛罗里达群岛造成93例发病。今年是热带风暴“Debby”退去后的第一年,随着虫卵的孵化和气温的升高,这一地区登革热爆发的危险指数又在急剧上升。Oxitec公司称,埃及伊蚊并非基韦斯特的原生物种,因此降低其种群数量并不会带来生态影响。虽然佛州当局对放飞试验并无异议,但来自民间的请愿和抗议声始终不断,这也为转基因蚊子的前景蒙上了一层阴影。