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人蚊大战,基因技术登场了   

2016-04-04 12:18:00|  分类: 杂谈 |  标签: |举报 |字号 订阅

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(本文以发表于《知识分子》)

2016年3月11日,美国FDA发布了一份进行转基因蚊子释放试验的征求意见稿。试验目的,是用一种转基因蚊子去解决它们在自然环境中的同类,从而切断塞卡病毒的传播。FDA的文件组织美国相关的主管部门仔细 审议了这项试验可能带来的环境影响,结论是它不太可能对包括人类在内的对非目标物种产生任何不利影响。因此,FDA发布了这一初步的FONSI决定(Finding Of No Significant Impact,意为“未发现显著影响”)。在30天内收集公众意见,然后决定试验是否进行。

在转基因技术如此敏感的今天,为什么FDA要批准这一项试验呢?让我们从人类与蚊子的斗争说起。

人蚊大战,人类已经疲惫不堪

蚊子是世界上无处不在的生物。许多蚊子携带着病毒或者寄生虫,当它们叮咬人类,病毒或者寄生虫就会感染人体。比如疟疾,就是蚊子传播的典型疾病,每年因为疟疾而死亡的人多达数十万。

杀灭蚊子,切断传播途径是解决这些疾病传播的核心手段。在中国,蚊子一直是“四害”之一,被政府发起群众运动来杀灭。

但是,蚊子的变异能力能强。人类对付它们的任何手段,它们都能很快产生抗性。在人蚊大战中,人类不得不使用高毒的农药,比如DDT。DDT为解决疟疾作出了卓越的贡献,但同时也带来了严重的环境问题,使得许多国家不得不禁止了它的使用。这使得DDT甚至成了“曾经认为很好的科学发现,最后危害人类”的例子。但是,在疟疾严重的地区,比如非洲,DDT之外的手段对付起蚊子来力不从心。于是,在“因疟疾而死人”和“DDT危害环境”的量害相权之下,非洲不得不继续使用高毒的DDT。

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在世界其他地方,疟疾已经得到了很好的控制。但是蚊子传播的其他疾病,比如登革热 、塞卡病毒、黄热病等等,依然让世界各国卫生部门头痛不已。

埃及伊蚊促使开发转基因蚊子

埃及伊蚊(Aedes aegypti)是蚊子的一种,是传播登革热和塞卡病毒的罪魁祸首。2009年和2010年,美国一些地区爆发了登革热。虽然很清楚控制了埃及伊蚊就能控制这一疾病的传播,但实际做起来还是力不从心。在花费了数百万美元之后,蚊子还是没有得到有效的控制。美国的卫生官员们,不得不考虑其他的方案。一家公司开发的转基因蚊子,就被选中了。

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这一转基因操作的目标并不是直接清除登革热病毒,而是杀死埃及伊蚊——它所传播的任何病毒,也都会被消除。所以,虽然起初选择这一方案的目标是登革热,后来塞卡病毒也成为了它的菜。

寨卡病毒(Zika)通过被感染的埃及伊蚊叮咬人时传播的。据估计,五分之四的人兹卡感染了塞卡病毒没有任何症状,所以不知道自己已经中了招。如果出现症状,最常见的是发热、皮疹、关节痛和结膜炎(红眼睛)。麻烦的是,塞卡病毒迄今未有疫苗,如果怀孕妇女感染了,会传递给胎儿。

本来美国是没有塞卡病毒的,近年来随着国际交往而被带了进来,在佛罗里达爆发了。

转基因技术如何杀灭埃及伊蚊

在FDA批准试验的这种转基因埃及伊蚊体内,会产生一种毒素。在实验室里,这种毒素为四环素所抑制,所以对蚊子没有影响。一旦把它们释放到环境中,脱离了四环素的抑制,毒素就被激活了。

不过,这些毒素不是立即杀死蚊子。这些释放的雄蚊子到自然界中与雌蚊子交配,产生的后代体内会含有这种毒素。在蚊子幼虫发育的早期,毒素产生活性,从而杀死它们。也就是说,这种技术是让交配的蚊子们失去繁殖能力来灭蚊。

这种蚊子已经在巴西、巴拿马和加勒比海的开曼群岛进行过试验,效果达到了预期,所以开发者申请在美国进行释放试验。正好美国佛罗里达爆发了埃及伊蚊传播的塞卡病毒,FDA也就打算批准在那里进行一次试验。

毫不意外,在许多公众对转基因技术充满顾虑的今天,这样的一个打算必然面临着许多争议。比如,对基因改造产生的这些毒素,蚊子也可能进化出抗性或者解毒机制,从而让这种手段失效。到那时,蚊子的繁殖又回到目前的状态。再比如,当地已有居民反对,用大众媒体喜欢的说法是“不做小白鼠”。征求意见期满之后,FDA最终能否批准进行这项试验,也还未然可知。

基因驱动技术,强大得让人担心

其实,释放改造过的蚊子去对付蚊子,在半个世纪前就开始了。那时后,释放的是绝育的雄蚊子,让它们去跟自然界的雄蚊子竞争。跟绝育蚊子交配的雌蚊子,就无法产生后代。显而易见,这一方案的核心,在于有多少绝育蚊子进入环境。它们的数量不会增加,对蚊子数量能产生多大的影响,取决于它们与野生蚊子的力量对比。

实际上,我们的目标并不是消灭蚊子,而是消灭蚊子所带的病毒或者寄生虫。在自然界,并不是所有的蚊子都会携带病毒和寄生虫——这些蚊子,应该是有某种抗体来对抗病毒和寄生虫。如果把这些抗体基因转移到那些传播病毒的蚊子体内,这些转基因蚊子就不再助纣为虐,能够与人类和平共处了。人类,也就不会再处心积虑地对消灭它们。

不过,按照孟德尔遗传规律,一个能产生抗体的蚊子,到了自然界跟野生同类交配之后,第二代中携带这些抗体基因的只有一半,到第三代中更只有四分之一。也就是说,即使有了这样的蚊子,释放到自然界之后,它们的基因也会逐渐被“稀释”。几代之后,这些含有抗体的蚊子也就不剩下什么了。

基因驱动(gene drive)则是要打破孟德尔遗传规律。它的目标,是使所需要的目标基因在繁殖中得到优势传播——只要是与含有目标基因(比如经过基因改造能产生抗体)的蚊子交配,产生的后代都含有这一基因。这一设想出现在1940年代,不过一直只是设想而已。直到10年之前,英国伦敦帝国学院的教授奥斯汀?伯特(Austin Burt)提出:依靠DNA剪切技术的基因驱动操作去改变物种,从而控制疾病的传播。不过,如何去剪,如何去改变,也还是没有实际方案。以至于到了2014年,科学家们讨论基因驱动技术潜在的风险,人们也还把它当作一个“假想的问题”。

没想到,讨论之声犹在,2015年美国就有两个研究组成功地作出了基因驱动的物种,分别是蚊子和果蝇。技术的突破在于,哈佛大学和麻省理工学院共同发明了新的基因组编辑技术CRISPR/Cas9。对于采用有性繁殖方式繁衍后代的物种,这一技术都可以改变它们的任何基因,然后让它们在野生群体中传播下去。

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在孟德尔遗传方式下——以蚊子为例,能产生抗体的改造蚊子,与不能产生抗体的野生蚊子交配,产生的子代是杂合子——也就是等位基因中一个能产生抗体,另一个不能。而经过基因驱动的改造,那段不能产生抗体的等位基因会被自动切掉,然后按照另一条DNA上的基因进行修复。于是,得到的子代蚊子就成了能产生抗体的纯合子。同样地,它再与其他蚊子交配,不管对方能不能产生抗体,下一代都是能产生抗体的纯合子。

这就意味着,只要释放一些具有基因驱动、具有特定抗病毒基因的蚊子,经过若干代之后,这一蚊子就基本上都是带有抗体基因的“新物种”了。这种蚊子,也就不再是传播这种疾病的罪魁祸首。

基因驱动技术的应用远不仅于此。除了用于改造蚊子消除疟疾、登革热、黄热病等蚊虫传播的疾病,它还可以用于根除入侵物种。因为外来物种的入侵破坏了当地的生态环境,美国估计每年遭受的损失高代420亿美元,而且许多原生物种因为入侵物种的生长能力太过旺盛而走向灭绝。

此外,农药和除草剂的使用会让目标物种产生抗性。一旦抗性产生,相应的农药和除草剂就失去功效。如果对没有产生抗性的相应物种进行基因驱动改造,再把它们释放到自然界中,也就可能消除这些物种的抗性。

基因驱动的研究刚刚开始。这一武器的威力实在强大——放一批出去,假以时日会把会这个物种全部改变。这种威力,在科学界内部也引起了巨大的担忧:它是否会产生人类期望之外的后果?人类是否能够控制好它?……科学家们也在思考、争论。

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