Science:登革热病毒预防新方法——消灭雌性蚊子

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埃及伊蚊 图片来源：Dylan Becksholt/Alamy

著名作家Rudyard Kipling曾写道，一些物种的雌性比雄性更加致命——对于埃及伊蚊（也被称为黄热病蚊子）而言这是千真万确的。只有雌蚊会享用人类血液，从而传播黄热病、登革热和其他一些疾病。但是如果你能够把所有雌蚊都变成雄蚊，那将会怎样？这是一项新研究提出的可能性——这项研究查明了一种能够决定一只蚊子是否成为雄性的基因。这是首次在蚊子中发现并验证“性别决定启动基因”的存在。

埃及伊蚊是源于非洲的入侵物种，几百年前通过贩奴活动传播至全世界。埃及伊蚊传播登革热与黄热病，高度适应人类生活环境，被认为是一大公共健康威胁。然而只有雌蚊才会传播登革热与黄热病，因为雌蚊需要吸血利用其中的蛋白质等物质来产卵。而雄蚊靠吸食花蜜而不是吸血来汲取营养，不传染疾病。

科学家在几十年前便已知道，至少有一种基因能够使埃及伊蚊雄性胚胎位于1号染色体的一段脱氧核糖核酸（DNA）上。他们将该区域称为M基因座，但迄今为止，科学家依然未能确定到底是哪一个基因在起作用。部分原因在于，这一区域包含有大量重复DNA，从而使得对该区域进行测序变得非常棘手。结果是事实证明，2007年发表的一个埃及伊蚊基因组甚至不包含新发现的基因。

这篇新论文的作者之一、美国弗吉尼亚理工学院分子遗传学家Zach Adelman表示：“这个基因非常小，它被当作垃圾一样扔出。”

为了找到这个基因，Adelman和他的同事对分属于两种不同埃及伊蚊的雌蚊和雄蚊的数千个DNA片段进行了测序，目的是寻找在两种雄蚊中都更常见的区域。

研究人员发现了164个这样的序列并将其与胚胎中活跃的基因数据进行匹配，以便找出在早期雄蚊胚胎中活跃的序列。最终在剩下的24个序列中，研究人员找到了一个新基因，他们称其为Nix基因。大约半数的雌蚊胚胎在被注射了包含该基因的DNA片段后发育出了雄性性器官。研究人员日前在《科学》杂志网络版上报告了这一研究成果。

“导致蚊子变成雄蚊的确切序列尚不清楚。”Adelman说，“但是我们知道Nix基因处于这一级联反应的顶部，这是最重要的。”

基于此，研究人员提出，可以通过操作Nix基因让埃及伊蚊雄多雌少，从而减少这种蚊子的数量，控制这种有害的入侵物种。

作为一家生产捕蚊器公司荷兰瓦赫宁恩In2Care的老板，昆虫学家Bart Knols表示：“这是一项出色的基础科学，并且具有潜在的遗传控制策略。”它的第一个应用将对已有的控蚊策略提供帮助。

然而Knols也提醒说，科学家首先需要证明他们能够完成全部的性别转换。Adelman表示，在这项研究中只有一部分雌蚊变成了雄蚊，这是因为Nix基因需要与蚊子基因组融为一体，以便产生足够数量的蛋白质。他说：“如果它自始至终能够在全部组织中生成，我们将有希望得到全部的性别转换，即全部变成雄蚊。我们在朝着这一方向努力。”

来源：科学探索

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从病毒学来看，这项研究还将带来另一种策略。

埃及斑蚊除了传染登革热外，还可传染黄热病，通过注射基因试图改变雌蚊的性别，让它在叮咬人类前就截断感染途径，以期成功灭除病毒。

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A male-determining factor in the mosquito Aedes aegypti

Andrew Brantley Hall,1,2,3* Sanjay Basu,3,4* Xiaofang Jiang,1,2,3 Yumin Qi,2,3 Vladimir A. Timoshevskiy,3,4 James K. Biedler,2,3 Maria V. Sharakhova,3,4 Rubayet Elahi,2 Michelle A. E. Anderson,3,4 Xiao-Guang Chen,5 Igor V. Sharakhov,1,3,4 Zach N. Adelman,1,3,4† Zhijian Tu1,2,3†



Sex determination in the mosquito Aedes aegypti is governed by a dominant male-determining factor (M factor) located within a Y chromosome–like region called the M locus. Here, we show that an M-locus gene, Nix, functions as an M factor in A. aegypti. Nix exhibits persistent M linkage and early embryonic expression, two characteristics required of an M factor. Nix knockout with CRISPR/Cas9 resulted in largely feminized genetic males and the production of female isoforms of two key regulators of sexual differentiation: doublesex and fruitless. Ectopic expression of Nix resulted in genetic females with nearly complete male genitalia. Thus, Nix is both required and sufficient to initiate male development. This study provides a foundation for mosquito control strategies that convert female mosquitoes into harmless males.

http://www.sciencemag.org/conten ... a-be74-058cde8cc185

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抵抗登革热：蚊子能否不辱使命

位于广州市的“世界最大蚊子工厂”，每周生产出50万甚至上百万只“绝育”蚊子，并送往广州沙仔岛释放，科学家交给这些蚊子新的任务：通过“消灭”它们的后代来阻断登革热的传播。

今年3月12日起，中山大学-密歇根州立大学热带病虫媒控制联合研究中心奚志勇教授团队，在沙仔岛陆续释放“绝育”蚊子。

美国弗吉尼亚理工大学的研究人员则采用改造雌蚊基因的方式将雌蚊“变性”。这项研究为控制蚊子性别的策略提供了依据，即可以将吸血鬼雌蚊转化成无害的雄蚊。

早上7点半，一辆载着几百个塑料圆桶的机动三轮车再次出现在广州市沙仔岛，而岛上的居民对此已经司空见惯，他们知道这是来放蚊子的。

“每个桶里装着500只左右的白纹伊蚊雄蚊，圆桶纱网上的棉花团浸泡着糖水，在释放前给蚊子最后补充一次能量。”据报道，这些蚊子来自“世界最大的蚊子工厂”，科学家们在这里赋予了白纹伊蚊新的使命——抵抗登革热。

试验：用蚊子打败蚊子

“秘密武器”沃尔巴克氏体

2014年，广东省暴发了中国历史上最严重的登革热疫情，确诊病例43010例，超过历史病例总和。为此，广州市准备第二年春季在南沙区沙仔岛试验一种新登革热防控方式。今年3月12日起，中山大学-密歇根州立大学热带病虫媒控制联合研究中心奚志勇教授团队，在沙仔岛陆续释放“绝育”蚊子。

这些不是一般的蚊子，它们身上携带着名为“沃尔巴克氏体”（Wolbachia）的微生物。

沃尔巴克氏体是一种能够经卵传递的革兰氏阴性胞内共生菌，它的演化史可能只有不到一亿年，但这小小的一个属，以蛮横的传播方式，在自然界节肢动物体内广泛存在。

科学家研究发现，蚊子感染沃尔巴克氏体后，登革病毒就无法在其体内繁殖和传播，携带了新型沃尔巴克氏体的雄蚊与自然界的雌蚊交配后，精子和卵子结合后形成的胚胎无法顺利发育，而不能产生后代蚊子。由于雌蚊一生只能交配一次，因此，通过大量释放携带沃尔巴克氏体（Cl）的雄蚊，野生雄蚊与雌蚊交配几率大大降低，从而可大量降低蚊虫的后代数量，以达到抵挡“登革热”的作用。

蚊子工厂还需扩大产能

接种沃尔巴克氏体的绝育雄蚊释放后的监测任务又该如何进行呢？奚志勇教授接受媒体采访时表示，“实验室里有专门针对沃尔巴克氏体的分子诊断环节，有（沃尔巴克氏体）的话，就有一条条闪亮的带子，没有的话就是空白。”由此，奚志勇团队可以清楚地检查出这些蚊子有没有携带沃尔巴克氏体，以及携带沃尔巴克氏体的蚊子有多少，“这样就能知道外面的比例控制得怎样。”

6月份之前，团队对当地野生蚊子的控制效果达到70%以上，但随着降雨的增多，野生蚊子数量陡增好几倍，为维持优势比例，“绝育蚊子”的释放量也要跟着翻倍。

由于产能不足，7月17日，新蚊子工厂正式启用。原来100多平方米的生产空间扩大到3000平方米，生产蚊子的规模从每周20万—30万只，提高到每周50万—60万。媒体报道称，目前4个车间只用了1个，如果全部开足马力，产量可达每周上千万。

来源：科技日报

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后果：生态平衡是否会被打破

离消灭蚊子、破坏食物链还远着呢
在知乎上，有网友进行了这样的推算：设环境中正常雄蚊、雌蚊、绝育雄蚊的比例为1∶1∶1，则下一代比例会变为1∶1∶2，经过十代繁殖比例变为1∶1∶1024，蚊群最终会大量减少乃至消亡。提问者不禁担忧：“倘若蚊子的幼虫孑孓从这世界上消失，有好几百种鱼就必须改换食谱才能生存了。”那么，绝育蚊子的做法是否会打破生态平衡，造成食物链的破坏呢？
为此，笔者采访到中国农业大学分子生物学博士、果壳网科技编辑曹睿，他解释说：“自然界总共有3500种以上的蚊子，但只有一两百种叮人，所占比例很小，消灭了一两种蚊子造成的生态创伤很快就能恢复。”

中国科学院动物研究所生物信息学研究组组长韩春生研究员也认为：“据统计，全世界每天有75个物种灭绝，每小时有3个物种灭绝，然而，生态平衡似乎并没有被打破。”人类和蚊子斗争的历史已经很久了，这种通过释放不育雄动物来消除整物种的思路，在人类控制虫鼠害的历史中早就被提出和尝试过，“但我还不知道人们用这种方法到底消灭了哪种害虫。”
他表示，蚊子的灭绝要取决于释放的绝育蚊子数量的多少，假设有10只雌蚊，10只雄蚊，那么，释放100只绝育雄蚊就有可能造成蚊子大量减少乃至灭绝；如果只释放10只绝育雄蚊，那么灭绝的情况就不大可能了。

    “大自然是复杂和神秘的，物种的保护和消灭，说来真是有心栽花花不发，无心插柳柳成荫，不想灭绝的物种在快速自然灭绝，想灭绝的害虫却依然昌盛。科学家在这样的事实面前也有太多无奈！”韩春生说。

“绝育蚊子”没有被转基因，出不了大乱子

沃尔巴克氏体的注入会不会导致蚊子的基因重组？
北京市园林科学研究院园林植保研究所王建红专家接受笔者采访时说，绝育蚊子只是单纯注入了昆虫共生菌沃尔巴克氏体，不涉及基因注入、基因重组等现代转基因技术，也就不可能产生所谓的转基因带来的“超级变异蚊子”。

“不育的蚊子并不是基因改造导致的，只是接种了沃尔巴克氏体而已。”曹睿在接受采访时表示，实际上，昆虫界中，这种细菌的寄生或者共生非常普遍，在拉丁美洲，感染沃尔巴克氏体的昆虫占所有昆虫的16%，而有的物种如果没有沃尔巴克氏体的共生甚至无法生存。

“当然，我们无法排除变异蚊子的产生——因为即使没有沃尔巴克氏体，蚊子也是无时不刻在发生着变异的。只是如果有了这样的生存压力的话，必然会有适应的个体被筛选出来。”曹睿指出，不过不用担心这些“变种蚊子”，首先这样的过程往往是非常缓慢的，而且它们即将具有的“特殊能力”，也只是对沃尔巴克氏体更加不敏感而已，可能那个时候这种防治方法的效率会降低——就像细菌会开始对抗生素不敏感一样，“但是并不会出什么大乱子。”

延伸：胜负未分的人蚊大作战
破坏orco基因：让蚊子变成“瞎鼻子”
针对蚊子的嗅觉特性，科学家们研究出一项名为锌指核酸酶的技术。根据这项技术, 用结合蛋白质可破坏蚊子体内的orco基因。
orco是一个编码蚊子体内嗅觉受体的基因，当orco产生突变时，蚊子就不会再组建嗅觉受体。这相当于破坏了他们的嗅觉，使蚊子不再把人类当作攻击目标。甚至，它们对避蚊胺的气味也变得毫不在意。

植入Nix基因：将雌蚊变性
美国弗吉尼亚理工大学的研究人员则采用改造雌蚊基因的方式将雌蚊“变性”。这种变性基因称作“Nix”，研究人员把Nix基因注入到蚊子的胚胎中后，超过三分之二的雌蚊长出了雄性生殖器和睾丸。然后，研究小组又把Nix基因从雄蚊的身上移除，之后它们长出了雌性生殖器。

这项研究为控制蚊子性别的策略提供了依据，即可以将吸血鬼雌蚊转化成无害的雄蚊。但研究人员认为，他们的方法目前尚不完善，可能还需要几年的时间去优化。

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