“毁天灭地”的灭蚊黑科技，我不允许有人没听过

科普中国中央厨房 2020-07-07

　　蚊子的小命已经捏在人类手里，用不用就看你了。

　　将蚊子赶尽杀绝，诸君意下如何？ | 图虫创意

　　作者 | 夏至大阪大学免疫前沿研究中心

　　编辑 | 张昊高佩雯

　　让蚊子从世界上消失，是夏天来临时很多人的小愿望。蚊子带给人类的，除了被叮咬后的痛痒难忍，还有多种极端危险的疾病。

　　作为全球杀人最多的动物，蚊子战绩赫赫。在世界范围内，登革热、疟疾、寨卡病毒病等蚊媒传染病每年造成的死亡人数超过70万。其中仅仅是疟疾一种疾病，就在2018年造成了全球范围内2.8亿人感染，41万人死亡。

　　为了阻止蚊媒病传播，科学家们想出了一系列方法，灭蚊剂、基因编辑、基因驱动等，一个比一个狠，有的堪比“毁天灭地”，一不小心，就可能真把蚊子“赶尽杀绝”了。

　　让我们来看看，这么逆天的技术，蚊子到底值不值得。

　　蚊子：飞行的死亡使者

　　在公共卫生状况较好的北温带，人们对蚊子的危害整体缺乏认识。然而，在一些公卫条件相对落后的热带地区，每年都要消耗大量资源对抗蚊媒病。

　　由于不是所有蚊媒病都存在有效药物或疫苗，一旦爆发大规模流行，死亡人数成千上万很常见。有效控制蚊子数量，成为阻止蚊媒病灾难的重要手段。

　　但这一方法说起来容易做起来难。因为蚊子孽生所需的“死水”环境在很多热带发展中国家随处可见，想要在短时间内降低蚊媒病感染程度，大量喷洒灭蚊剂几乎是目前唯一对策。

　　水中的蚊子幼虫“孑孓”（jié jué，蚊子由卵至蛹的中间阶段）| 作者：James Gathany, CDC

　　然而化学药剂存在两大缺陷。首先，蚊子产生抗药性的速度惊人，杀虫剂的更新速度往往赶不上蚊子进化速度（单一药剂效用有限）。其次，化学药剂对其他物种也有危害，长期过量喷洒可能带来环境风险。

　　基于此，新世纪以来人类开发了一系列生物工程灭蚊方法，其总体思路大同小异，即：利用生物工程改造出变异蚊子，再大量释放到自然环境中，与野生蚊子交配以减少其种群数量。

　　这类方法的关键在于两点。其一，这些蚊子皆携带缺陷，比如会早夭、无法产生后代，或后代带有缺陷等。其二，无论采用哪种技术路线，雌蚊都会在出厂前被筛选并消灭，最后释放的都是不会叮咬人的雄蚊。

　　在之前的大部分试验中，这些变异蚊子都让当地同种蚊子数量下降了百分之八十以上，真正的效果惊人。

　　我们就按照威力逐级递增的顺序，来捋一下屡登学术顶级期刊的三种明星灭蚊术。

　　“阴险狡诈”的寄生菌灭蚊术

　　首先是一种就地取材的灭蚊术，即利用已有的细菌让蚊子染上不育症。不妨称之为“寄生菌灭蚊术”。

　　被选上的细菌叫“沃尔巴克氏体”。

　　沃尔巴克氏体广泛存在于自然界中，是一类能够感染节肢动物的寄生细菌。据估计，它是整个生物圈最常见的寄生微生物。它们与宿主的关系非常复杂，虽然有部分物种依赖于沃尔巴克氏体的寄生来生存或繁殖，但大部分情形下，它们会造成宿主寿命缩短以及生殖行为异常。

　　很多蚊子——例如可以传播登革热的白纹伊蚊——本来并不是沃尔巴克氏体的传统宿主，但科学家通过生物技术将其导入蚊子体内，使其通过蚊子的交配等行为在种群中广泛传播，最终影响整个种群的繁殖。

　　当雄蚊被沃尔巴克氏体感染后，其精子会被这种细菌放出的毒素污染。健康雌蚊的卵子与这些“毒精子”相遇后，会产生细胞质不相容效应，导致后代无法正常发育。当大量被感染的雄蚊被释放到环境中，雌蚊与其交配将无法产生后代，生殖资源受到严重损失。

　　2018年6月，澳洲联邦科学产业研究所（CSIRO）的科学家们，在昆士兰州北部释放了两千万只经过沃尔巴克氏体处理的雄蚊，使当地埃及伊蚊种群的数量直接削减了80%。我国也在广州等地进行过相关试验，同样取得了显著成效。

　　沃尔巴克氏体，世界上分布最广的寄生菌，常见于节肢动物门和部分线虫体内，影响宿主的生殖和发育。 | 作者：Scott O'Neill

　　基因编辑灭蚊，让蚊子携带“早夭”开关

　　细菌灭蚊虽然利用了生物工程的物种改造技术，但并未涉及基因层面的改造，因而比较符合东西方文化中对于物种相生相克的认知，更易被民众接受，也更易得到相关部门的批准。

　　而基因编辑蚊灭蚊则更加激进，也相对敏感，在各国民间都遇到不小阻力。

　　以生物工程公司牛津科技（Oxitec）的转基因蚊子为例。该公司刚于2020年5月受到美国环保署批准，自今年夏天开始将在美国佛罗里达州和得克萨斯州分批释放转基因蚊子，为期两年，每周释放数百万只。消息一出便受到不少争议。

　　在这些蚊子的基因组中，均被插入了一个特定基因。该基因并不会让亲代蚊子产生异常，但却对后代致命：它会让后代雌蚊体内某种调控蛋白质合成的酶分泌紊乱，导致其体内不断产生无用的过量蛋白质，从而浪费其营养，令其在成年之前夭亡。

　　更绝的是，携带该基因的雄蚊们，不仅将该基因传给后代雌蚊，也传给后代雄蚊。不同的是，后代雄蚊可以正常发育，成年后又与健康雌蚊交配，继续祸害下一代。

　　该过程反复进行，蚊子种群规模就会缩减到相当低的程度。据Oxitec公司多次实验，释放地的蚊子种群可下降85%左右。

　　与转基因雄蚊的浪漫邂逅，带来的是后代雌蚊早逝 | dribbble

　　基因驱动灭蚊，堪称种群灭顶的核武器

　　如果说寄生菌技术阴险，转基因技术激进，那基因驱动技术，简直就是玄幻。

　　与单纯的基因编辑相比，这种技术还要加个buff，让目标基因在种群内疯狂扩散。一般而言，正常的基因编辑在经过几代遗传之后，都会产生抗性，但基因驱动却能让该基因在种群中稳定遗传好几代，甚至数十代（如果还没灭绝的话）。

　　可以认为，基因驱动是一种特殊的基因编辑技术，它有两个必备要素：其一，是一个希望传播的基因，其二，是一个内嵌的基因编辑工具（帮助基因传播）。

　　以基因驱动改造蚊为例。我们的目的是消灭蚊子，希望传播的自然是一个“阴损”基因，比如雌性早夭基因，雌性不育、雄性不育基因等。将这个基因导入蚊子基因组中，再配上一个基因编辑工具加成，就是一套“基因驱动”了。

　　当携带该基因驱动的蚊子和野生蚊子交配时，最初的受精卵基因组中，将同时包含基因驱动（记为A）和正常基因（记为a）。这时，奇妙的事情发生了：一旦与正常基因相遇，基因驱动中的基因编辑工具就会首先起效，把正常基因所在的DNA切断。而切断的位置恰好就是基因驱动中坏基因在其DNA上的对应位置。

　　此后，细胞发现DNA受损，就会尝试对其自动修复。修复当然要有对应的蓝本，不用说，就是基因驱动中的那个坏基因了，于是，依葫芦画瓢的结果就是拥有了一对等位坏基因，从没有那么惨的Aa变成了更惨的AA。同时基因编辑工具还得到了保留，以至于坏基因一直流传下去，真是一坑到底。

　　基因驱动示意图，从一个坏基因变成了一对坏基因 | ref2

　　在2018年的一项研究中，科学家利用基因驱动技术，向笼养的冈比亚按蚊（疟疾的罪魁祸首）中传播了一个雌性不育基因，结果令人震惊：这个基因在大约7~11代内就传遍了整个种群，造成100%的携带率，让整个种群面临灭绝。

　　并且，该研究中没有观察到突变阻止基因驱动传播的现象，在野外大规模投放中，这将大大提高灭蚊效率和成功率。

　　巨大的潜在好处，和不可避免的争议

　　由于气候变化导致的蚊子数量增加，蚊媒病正在非洲一些地区呈现上升趋势。目前，世界卫生组织已经将沃尔巴克氏体植入和Oxitec的基因改造蚊，列为五种用于减少蚊子数量的新工具之一。

　　但它们也面临着多方质疑。

　　不少人认为，此类技术背后的潜在意义是，人类可以自由决定某种生物的生死。另一些人则担忧，这些技术是否会有未知缺陷，会不会带来生态灾难。

　　以Oxitec公司的转基因蚊子为例，他们的试验已进行了多次。虽然不乏成功案例，但在2019年的一次大规模试验中，在巴西，上千万只改造蚊被释放之后，效果适得其反。研究人员发现，实验初期当地蚊子种群规模确实急剧减少，但在18个月后即开始回升，并最终回到先前水平。他们推测，野生雌蚊能在某种程度上识别基因改造蚊，并避免与其交配。

　　一些科学家认为，该项目无意中创造了一种具有超强抗药性的蚊子，比以前更难杀死。基因分析也表明，在相当多的杂交后代体内，明显存在有基因编辑蚊的遗传信息。该研究的负责人Powell教授也承认：“这恐怕不是我们预期的结局”。

　　基因驱动技术面临的舆论压力就更大了。因为它已经超越了人类已知的自然规律，不少科学家认为，应该对其保持观望态度。毕竟这是一种可以迅速灭绝物种的技术，一旦试验种和其他野外亚种发生杂交，将可能把致命基因扩散到无关种群，导致不可控的后果。

　　即便是相对温和的沃尔巴克氏体植入，也存在诸多不确定。例如，研究人员发现，沃尔巴克氏体的共生可能改变蚊子对很多传统药物的抗性，并增强蚊子对于某些病毒的传播能力。这显然也不是我们想要的。

　　无疑，新技术对于深受蚊害的数亿人来说，具有相当大的潜在好处。但在大规模实施之前，还有太多的事情要做。“我们担心，目前政府对转基因蚊子的监督和科学评估，不能确保它们被负责任地部署。”一些科学家和伦理学家说。

　　而目前正在该领域活跃着的Oxitec公司，其工作人员一直在密切参与全球转基因昆虫风险评估指南的制定，引起人们对缺乏独立审查和利益冲突的担忧。

　　如果这些技术最终被批准施行，那我们只能对蚊子说：请自求多福啦。