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当你还在用电蚊拍时,科学家们已经开始这样灭蚊了

2020-08-28 17:43 作者:biokiwi  | 我要投稿

盛夏将去,但是蚊子似乎还是充满了活力

即使你使出了浑身解数,不管是拿起电蚊拍探寻了每个角落,或者是点上一张又一张的蚊香,最后拍掌拍得手掌发麻,蚊子却总是络绎不绝杀之不绝。

你总是打不到的蚊子(图源:《日常》)

其实科学家也为这个问题困扰了很久。

原因在于蚊子是出了名的“坏人”,不光是吸血了,还总是带点“同伙”过来,这些“同伙”给人的打击可就不止是吸血那么简单了。

比如南方人熟悉的,每年夏天都要预防的登革热,就是蚊子带来的登革热病毒造成的;又或是非洲人民饱受的疟疾,也是蚊子带来的寄生虫感染的疾病。

(图源:unsplash)

说到疟疾,又忍不住再给蚊子和疟疾多讲一点。

据说征服了希腊和波斯的亚历山大大帝,他在远征印度的时候,由于疟疾的肆虐不得不放弃远征,最后自己也死于疟疾。

曾经将版图扩展到欧洲直逼罗马帝国的蒙古铁骑,在匈牙利平原上也因为疟疾折兵损将。甚至有少量证据表明成吉思汗死于疟疾。

(以上历史上仍然存疑)

后来人们想到的解决蚊子的方案,是通过喷射DDT来杀虫。

虽然我们后来知道了DDT通过食物链累计杀害了众多动物,甚至危及人类,但是不能否认的是,在20世纪它的出现,给二战时期的病虫害得到抑制,疟疾也被控制了

后来人们也找到了不少新的杀虫剂代替了DDT。

2006年世界卫生组织允许在小范围内利用DDT控制疟疾(图源:知乎Sheldon)

那么,到了9102年,除了普通的杀虫剂有什么新的方法来控制蚊子对疾病的传播呢?显然问题还是要从蚊子入手:

蚊子传播疾病,主要就是蚊子体内的的那些“同伙”们,会随着吸血的过程,混入人体的血液中。之后再在血液里扩增壮大势力,使人体染病。

而蚊子为什么会吸血?因为雌性蚊子在交配前要“坐月子”,需要足够的营养(血液的营养对于蚊子那是最棒的了)满足产卵的需要。相反雄性蚊子就不会叮人。

联系起来看,科学家们抓住了解决登革热、疟疾的关键:不能让母蚊子坐月子吸血!

“吃饱了”的埃及斑蚊(图源:wikipedia)


基因编辑与不孕不育

既然要针对母蚊子,那么如果能在蚊子的基因上做点手脚,是不是可能让母蚊子不能吸血或者当场去世呢?

科学家们通过基因编辑实现了这个目标。简单来讲,就是针对一个雌性生育重要的基因(doublesex基因),利用基因编辑破坏掉之后,公蚊子基本啥事没有,但是母蚊子就不孕不育了

这个过程,就好像电脑被黑客用病毒攻击,只是简单改了几个代码,电脑就整个瘫痪了。基因之间的调控更为复杂,一个基因的失活,可能导致整个调控网络发生巨大改变。

一个还算蛮简单的示意图(图源:Flores H A, O’Neill S L.)

但是,难道每只蚊子都要一只一只地去编辑基因吗?又为什么只挑选对母蚊子有影响而对雄性没有影响的基因呢?

这其实就是一个基因如何传播的过程了,这就好比电脑病毒要感染电脑,它可能需要有一个“潜伏期”不被人发现,并且广泛传播,等到被发现时,已经为时已晚。

被基因编辑的公蚊子,在和母蚊子交配时,产生的后代就可能会带上这个“病毒”,但是这时还没有发挥作用,但是已经传播开了。

再下一代的时候,“病毒”开始发挥作用,母蚊子开始出现不孕不育,但是公蚊子还是带着“病毒”,并且还在毫不知情地继续传播着。

根据研究报道,放出经过7-11代,一大群蚊子就会因此灭亡了

如果你还记得高中生物的遗传图,这个可能会更有助于理解这个过程:黑色是野生蚊子,灰色是敲除基因蚊子;上图是我们熟知的孟德尔遗传方式,而下图是雄性不受影响的遗传方式(图源:James S, et al.)

除了导致母蚊子不孕不育,还有的基因可能可以阻止病毒感染,让母蚊子不会带上同伙,这似乎也是个不错的策略。


得了“厌食症”的蚊子

还有一种思路是,能不能让蚊子有“厌食症”,变得不爱吸血了,那这样也不至于说要人家灭族嘛。

有研究者就发现了这个盲点:他们发现蚊子有点像大胃王,一顿饭的“血量”相当于女生吃上275个汉堡一样(天啊)。但是这一顿下去母蚊子就好几天不吃饭了,直到排卵之后,才会有吃东西的欲望。

作者甚至在蚊子摘要做了个小视频给大家科普了一下(图源:Duvall L B, et al.,大家可以看看原文的英文视频:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867418315873)

那蚊子是不是和人一样,吃饱了之后会有一种“饱腹感”?这些科学家就开始找这方面的相关基因,发现一个叫神经肽Y(neuropeptide Y,简称NPY)的基因似乎可以发挥这个作用:产生饱腹感

于是他们尝试把这个基因剪掉,不表达之后,蚊子竟然吃的越来越多——所以他们的目标应该是增大这个基因的表达,才能让蚊子有厌食的感觉

他们找到了好几个相关的激活因子,用来激活这个基因大量地表达。果不其然,蚊子开始变得对血液失去了兴趣,不再吸血了。

绿色的是蚊子的其中一个被筛选出来的NPY基因(NPYLR7),敲除会导致蚊子想叮咬人类(左图),如果利用激活因子(蓝色)则会让蚊子不想叮人,但是也要保证这些因子不会危害到人类(Duvall L B, et al.)

这个研究的关键在于如何让蚊子吃下这个激活因子(听着像减肥药,也确实是设计减肥药的思路),同时不会危害到人类,道路还是很漫长的。

 

改造公蚊子

现在让我们再换个思路,除了基因之外,我们能不能让公蚊子不孕不育(怎么还是这个),来达到目的呢?

高中我们学过,一定的辐射能发生基因突变。那么最直接的,辐射照射公蚊子,让他不育不就可以了吗?但是,不育的公蚊子“战斗力”下降了,也不受母蚊子的青睐了……那后代似乎也没有什么影响了。

另外其实还有一种方法。科学家找到一类细菌,叫做沃尔巴克氏体(Wolbachia),就可以来达到这个目的。这类细菌的原理是感染了的公蚊子,如果和野生的母蚊子交配,产生的后代因为细菌的作用,会发生“胞质不融合”的现象,导致虫卵死亡。

但也有些问题:实际操作中,这类细菌只能感染公蚊子。因为,如果是母蚊子被感染了,即使是和感染了的公蚊子交配,细菌也不能发挥作用。经过数代的繁衍,这种细菌就会遍布整个蚊子群体,细菌也就彻底失效了(如下图右图)。因此如果要释放细菌,就要专门挑出公蚊子来感染,这无疑是个巨大的工程量。

如果雄性感染细菌,后代全部死亡,病菌也无法传播出去(左图);如果雌性感染,则同种病菌迅速扩散,逐渐也失去了效用(右图)(图源:Armbruster P A.)

看似潜力巨大的方法,可就是效果不好,那就需要适合的改进:科学家一方面是转入三种细菌,避免了同种感染不能发挥作用的风险,保证公蚊子不育;针对母蚊子,则采用比较低量的辐射,让母蚊子不育,那么母蚊子即使飞出去也不影响细菌传播了。

如果还是以之前的“病毒”的比喻(不过这次的“病毒”是细菌了),那么我们就是把病毒装到了公蚊子身上,而母蚊子有类似“杀毒软件”的机制,那么为了放蚊子不会漏了母蚊子,就干脆把母蚊子的“杀毒软件”全卸了。

当然,这个需要的精力也比较多,但是避免了不用专门筛选母蚊子,实验室一周也还是产生了500万只装好了“病毒”的蚊子,并且投放到了试点区域。

这个投放地方还是广州(图源:Zheng X, et al.)

实验结果也非常喜人:蚊子产卵量降低了94%,而蚊子咬人的比率也降低了96.6%。针对当地居民调查的结果,当地也从非常怀疑的13%支持率,上升到现在54%的支持率。

 

限于篇幅,只能给大家简单介绍几个科学家的高级灭蚊方法,那你觉得哪个最厉害呢?


另外附上我们昨天发的转基因蚊子的文章:


参考资料:

  • Hemingway J. The worldmosquitoes built[J]. 2019.

  • Kyrou K, Hammond A M,Galizi R, et al. A CRISPR–Cas9 gene drive targeting doublesex causes completepopulation suppression in caged Anopheles gambiae mosquitoes[J]. Naturebiotechnology, 2018, 36(11): 1062.

  • Flores H A, O’Neill S L.Controlling vector-borne diseases by releasing modified mosquitoes[J]. NatureReviews Microbiology, 2018, 16(8): 508.

  • James S, Collins F H,Welkhoff P A, et al. Pathway to deployment of gene drive mosquitoes as apotential biocontrol tool for elimination of malaria in sub-Saharan Africa:recommendations of a scientific working group[J]. The American journal oftropical medicine and hygiene, 2018, 98(6_Suppl): 1-49.

  • Duvall L B, Ramos-EspirituL, Barsoum K E, et al. Small-molecule agonists of Ae. aegypti neuropeptide Yreceptor block mosquito biting[J]. Cell, 2019, 176(4): 687-701. e5.

  • Zheng X, ZhangD, Li Y, et al. Incompatibleand sterile insect techniques combined eliminate mosquitoes[J]. Nature, 2019,572(7767): 56-61.

  • Armbruster P A. Tigermosquitoes tackled in a trial[J]. 2019.

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