科學家以基因編輯技術成功改造瘧蚊基因,有望預防瘧疾傳播

基因工程殲滅瘧蚊(圖:Shutterstock)

在瘧疾防治上,近期出現一項重大進展。科學家使用 CRISPR 基因編輯技術,成功改造瘧疾病媒蚊的性別基因,以防止其繁殖。此方法可大幅減少病媒蚊族群的繁殖,未來將進行野外試驗,以驗證真實環境下的研究結果。

瘧疾的傳播與防治

瘧疾是由寄生性瘧原蟲(plasmodium)所導致,並且由某些蚊種所傳播。雌蚊叮到帶原者的時候,會將寄生於帶原者體內的瘧原蟲一併帶入自己體內。當雌蚊叮咬另一個人的時候,瘧原蟲便伺機進入另一個人的體內,完成傳播。

每年約有一百萬的人們因瘧疾而死亡,其中多數是小於 5 歲的孩童。90% 的受感染者生活在撒哈拉以南的非洲地區。不過,要找到預防瘧疾傳播的方法相當困難。全球各地的專家都在研發瘧疾疫苗,但進度緩慢,截至目前為止,正在發展中的疫苗,其療效相對較低。

基因驅動技術

倫敦帝國學院(Imperial College London)生命科學系教授安德利亞·克里桑蒂博士(Andrea Crisanti)的研究團隊開發了一項基因驅動技術(Gene Drive)。此項技術能在病媒蚊族群中世代傳遞特定基因,他們的目標基因鎖定在病媒蚊的特定性別基因。克里桑蒂教授表示:「根據估計,在技術可達且資金足夠的最好情況下,要根除瘧疾可能還需要再 30到 40 年。而基因驅動技術可能會加速我們實現這個目標。」

近幾年,利用基因工程來預防瘧疾傳播的研究越來越受到矚目。CRISPR 基因編輯技術使得科學家能夠在DNA序列中進行移除、添加或是轉換某些序列的動作。科學家過去也曾經改造病媒蚊的基因序列,不幸的是,病媒蚊族群對這樣的基因編輯產生了抗性,使得基因序列的轉換終告失敗,而病媒蚊的族群數量也恢復原樣。

在這項研究中,研究人員以甘比亞瘧蚊(Anopheles gambiae)進行實驗,將編輯目標放能決定病媒蚊性別的「doublesex」基因。這種基因屬於高度保守基因(highly conserved gene),只要這類基因發生突變,就會對個體產生致命影響。因此即使病媒蚊經編譯後的 doublesex 出現突變,也無法存活。

研究人員對該基因進行編輯,使得帶有兩組 doublesex 基因的雌蚊同時發育出雄性及雌性的特徵:有雄蚊的口器。於是,這些病媒蚊無法正常叮咬,也無法正常產卵。另一方面,因為雄蚊不受 doublesex 基因的影響,可繼續交配繁殖,傳播 doublesex 基因。這個基因在病媒蚊族群中傳遞的很快,雌蚊數量銳減,整個族群的數量也迅速減少。而病媒蚊也沒有對此產生抗性。最終,研究團隊發現病媒蚊族群在繁殖到七到十一代後就不產生雌蚊 。

擴大試驗的規模

這個試驗在實驗室進行,研究人員表示未來的野外試驗,應會著重於探究此基因編輯技術在自然環境的影響。克里桑蒂教授表示,雖然大概還需要五到十年的時間才會在自然環境中測試這項技術,但目前的研究結果是相當振奮人心的,因為結果顯示他們的研究方面是正確的。

克里桑蒂教授表示,「過去的經驗告訴我們,從大自然中殲滅某些品種的蚊子並不會造成生態浩劫。」同時她也表示,在執行任何試驗之前,都會先評估生物學和基因驅動在特定環境(模擬的熱帶環境)限制下的效用。他們也會調查所有和瘧疾病媒蚊相關的食物鏈,以辨別出該物種在食物鏈中的上下游關係。

前景看好

美國北卡羅萊納州立大學(North Carolina State University)昆蟲學教授弗雷德·古爾德博士(Fred Gould)表示研究結果非常有前景。古爾德教授表示:「現在大家對於利用 CRISPR 進行基因驅動來對抗瘧疾有高度興趣,但在最初的試驗中,病媒蚊對基因編輯很快就產生了抗性。因此,本研究使用的創新方法提出了解決抗性問題的方法。如果將此研究結果擴大試驗時,驅動機制依然能在各種環境中發揮作用,而且沒有產生抗性,此研究成為抑制瘧疾的重大突破。」

美國堪薩斯州立大學(Kansas State University)生物安全研究院(Biosecurity Research Institute)主任史蒂芬·希格斯博士(Stephen Higgs)對研究的結果也相當看好。他表示:「雖然這項研究的規模相對較小,只是在實驗室進行,但它展現了相當誘人的概念證據:使用 CRISPR-Cas9 基因驅動系統,也許真的能夠擊潰瘧疾的主要病媒蚊群體:甘比亞瘧蚊。如果此研究能在真實環境中完成,此方法將顯著減少寄生性瘧原蟲的傳播,進而在未來幾年挽救許多生命。」

 

參考資料

  1. Hannah Osborne. (2018. Sep. 24). Malaria and CRISPR: Gene Editing Causes Complete Collapse of Mosquito Population in “Major Breakthrough” for Disease Eradication. Newsweek
  2. Kyros Kyrou, et al., (2018, Sep 24). A CRISPR–Cas9 gene drive targeting doublesex causes complete population suppression in caged Anopheles gambiae mosquitoes. Nature Biotechnology DOI: 10.1038/nbt.4245
李依涵
李依涵 18 文章
任職於台北的醫院,閒暇之餘喜歡寫作、讀書,喜歡看一些新奇的知識。特別對醫學、生物、生化、生物科技、環境有興趣。有任何問題請不吝聯繫,與人交流經驗是很棒的題材。

為你推薦