加州大学的科学家借用一项开创性的基因编辑技术繁殖了一些蚊子。这些蚊子能够通过繁殖快速地将抗疟疾基因引入蚊子这个种群中,最终消除蚊子向人类传递疾病的能力。
这种新样本代表了人们在建立一个抗疟疾的蚊子种群的努力中取得了显著的进步。进一步的研究开发将有望彻底根除每年使全世界上百万人受难的疾病。
为了创造出这样的种群,欧文和圣地亚哥分校的研究员向史氏疟蚊的生殖细胞种系中植入一个DNA片段,结果成功地阻止99.5%的蚊子后代被传递疟疾。在亚洲,史氏疟蚊是疟疾的主要带菌者。
该研究体现了CRISPR方法的运用正逐渐增多。CRISPR是一项强大的基因编辑工具。它能够进入细胞核中剪断DNA序列,从而替代变异基因或是植入新基因。结果见于本周国家科学院院刊的在线抢先版上。
“这使得将该项技术用于治疗疟疾的承诺成为现实,”欧文分校的分子生物学、生物化学、微生物学和生物基因学特聘教授Anthony James说。
James实验室已经专注于建造抗病蚊子将近20年了。他的抗登革热模型已在墨西哥进行过笼子试验了,2012年,他帮助证实了从老鼠免疫系统中改编的抗体能够损坏寄生虫的生理系统,也能够被引入蚊子的体内。然而,只有一半的后代能够遗传这种特性。
在这之前,UCSD的生物学家Ethan Bier 和Valentino Gantz,以果蝇为实验对象,宣称研发了一种新的刺激一个基因的两个副本产生变异的方法。这种变异基因连锁反应包括使用CRISPR—相应的Cas9核酸酶和允许变异通过种系遗传给下一代,且遗传率高达95%。
两个团队准备将Bier和 Gantz的方法与James的蚊子结合起来。Gantz将抗疟疾基因和cas9酶(能够切断DNA)和一个RNA结合在一起组成一个基因“暗盒”,将其注入蚊子胚胎中,使其附于种系DNA上一个有较高识别度的一处,然后插入抗疟疾抗体基因。
为了确认携带抗疟疾抗体的片段已经到达DNA中理想的位置,研究员向这个“暗盒”中加入一个蛋白,这种蛋白会将红色荧光粉遗传到后代的眼睛上。几乎100%(确切地说99.5%)都会外显这种特征。James称这是这个能够改变家族特征的系统产生的一个令人惊讶的结果。
他继续说道,我们还需要进一步进行测试,证实抗体的效力,这最终还用可能需要实地研究。“这是非常重要的第一步,”国家科学院工作人员James说,“我们知道基因将会起作用。我们创造的蚊子不会只有这一种,但是我们知道这种技术将允许我们有效地创建更大的种群。”
Bier是UCSD生物学教授。他也提到:“这个系统携带大型的基因负荷的能力应该广泛地应用于相关的、CRISPR为基础的活跃基因系统的未来使用上。”
疟疾是世界上主要的健康问题之一。全世界超过40%的人口都生活在容易感染该疾病的地区。根据美国疾病控制防御中心称,每年有3到5亿人感染疟疾,每年大约100万人死于该疾病——其中大部分是非洲的婴儿、小孩和妇女。