根據(jù)約翰霍普金斯大學(xué)彭博公共衛(wèi)生學(xué)院瘧疾研究所的科學(xué)家發(fā)表的一篇新論文，從蚊子中刪除一個(gè)基因可以使它們對瘧疾寄生蟲具有高度抗性，從而將寄生蟲傳播給人類的可能性大大降低。
科學(xué)家使用新的CRISPR / Cas9系統(tǒng)，允許精確的DNA編輯，從岡比亞按蚊(Anopheles gambiae)蚊子的基因組中刪除一種名為FREP1的基因，這是人類瘧疾的主要傳播者。在改良的蚊子中，瘧疾寄生蟲不太可能存活和繁殖。本研究中使用的CRISPR / Cas9系統(tǒng)由斯特拉斯堡大學(xué)的研究科學(xué)家Eric Marois開發(fā)，
這項(xiàng)研究發(fā)表在3月8日的PLoS病原體中，是第一個(gè)顯示從蚊子中刪除基因可以使它們對瘧疾寄生蟲產(chǎn)生抗性的研究。它還強(qiáng)調(diào)了這一戰(zhàn)略有可能改變野生蚊子種群，從而減少瘧疾傳播給人類。
CRISPR / Cas9系統(tǒng)是一組DNA編輯分子，涉及針對病毒的細(xì)菌防御機(jī)制。近年來，生物學(xué)家已將其作為基因工程的精確工具 - 科學(xué)實(shí)驗(yàn)，以及針對瘧疾等疾病的前瞻性遺傳修飾策略。
“我們的研究表明，我們可以利用這種新的CRISPR / Cas9基因編輯技術(shù)，通過去除所謂的宿主因子基因來使蚊子抵抗瘧疾，”彭博學(xué)院教授，??研究資深作者George Dimopoulos博士說。分子微生物學(xué)和免疫學(xué)。“這為我們提供了一個(gè)良好的技術(shù)平臺，用于開發(fā)先進(jìn)的瘧疾控制策略，基于無法傳播疾病的轉(zhuǎn)基因蚊子，以及研究蚊子宿主中瘧疾寄生蟲的生物學(xué)。”
據(jù)世界衛(wèi)生組織估計(jì)，2016年有超過2億例該病，超過40萬人死亡，其中大多數(shù)發(fā)生在撒哈拉以南非洲的5歲以下兒童。可以獲得瘧疾疫苗，但其保護(hù)只是部分和暫時(shí)的，與抗瘧疾藥物一樣，疫苗供應(yīng)有限。研究人員正在轉(zhuǎn)向可能具有成本效益的戰(zhàn)略，這些戰(zhàn)略針對攜帶瘧疾的蚊子，以防止瘧疾首先蔓延。
對于在巴爾的摩約翰霍普金斯瘧疾研究所的昆蟲中進(jìn)行的研究，Dimopoulos及其同事通過刪除編碼免疫蛋白，纖維蛋白原相關(guān)蛋白1的基因FREP1來修飾岡比亞按蚊蚊子。原因不完全很明顯，這種蛋白質(zhì)有助于瘧疾寄生蟲在蚊子腸道內(nèi)存活，并進(jìn)入向人類傳播所需的發(fā)育階段。因此，F(xiàn)REP1被認(rèn)為是瘧疾“宿主因子”。
除了減少感染瘧疾的蚊子數(shù)量外，通過刪除FREP1基因消除這種宿主因子還有其他作用。在FREP1缺失后，大多數(shù)改良的蚊子在其唾液腺中沒有證據(jù)表明通過蚊蟲叮咬進(jìn)入人體血液的子孢子階段寄生蟲。
“通過刪除FREP1對瘧疾寄生蟲的抵抗力非常強(qiáng)，”Dimopoulos說。“如果你能用這些改良的蚊子成功地取代普通的野生型蚊子，那很可能會對瘧疾的傳播產(chǎn)生重大影響。
盡管科學(xué)家一直致力于通過普通育種將DNA修飾迅速傳播到野生種群中的“基因驅(qū)動”技術(shù)，但尚未嘗試用野生型蚊子取代野生蚊子。基因驅(qū)動使用CRISPR / Cas9的DNA編輯能力基本上破解了受孕過程，將基因修飾推向了修飾動物的全部或幾乎所有后代。例如，在2016年，研究人員報(bào)告說，他們已經(jīng)創(chuàng)建了一個(gè)CRISPR / Cas9基因驅(qū)動器，迫使降低生育力的基因修飾成為岡比亞An蚊的雌性按蚊 - 如果在野外釋放，它可以迅速減少當(dāng)?shù)氐陌次梅N群。
原則上，F(xiàn)REP1的缺失或失活也可以包含在基因驅(qū)動系統(tǒng)中。因?yàn)樗恢荚跍p少蚊子的健康或繁殖能力 - 減少達(dá)爾文意義上的“適應(yīng)性” - FREP1滅活會減少抵抗其影響的蚊子突變的機(jī)會。
Dimopoulos和他的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)完全從Anopheles中刪除FREP1確實(shí)會給改良的蚊子帶來一定的健康成本。與它們的野生型表親相比，無FREP1的蚊子發(fā)育成成蟲的速度更慢，在有機(jī)會的情況下不太可能采取血粉，并且產(chǎn)下的卵子越來越少。
“我們現(xiàn)在正制造蚊子，其中FREP1僅在成年腸道中被滅活，”Dimopoulos說。“我們預(yù)測，當(dāng)我們這樣做時(shí)，蚊子不會遭受相同的健身成本。”
此外，他和他的團(tuán)隊(duì)正在使用他們的CRISPR / Cas9 DNA編輯平臺來研究刪除其他潛在瘧疾宿主因子基因的影響，并了解這些宿主因子在蚊子中的作用。Dimopoulos說：“我們的重點(diǎn)不僅僅是制定瘧疾控制策略，還要更多地了解攜帶瘧疾的蚊子的生物學(xué)。”