保护蚊子为何可能成为抗击疟疾的关键

A displaced girl is tested for malaria at an MSF clinic in Tomping camp, where some 17,000 displaced people who fled their homes are being sheltered by the United Nations, in Juba January 10, 2014. Violence erupted in South Sudan's capital Juba in mid-December and spread to oil-producing regions and beyond, dividing the two-year-old land-locked country along ethnic lines. Some 60,000 civilians are being protected at U.N. Bases. REUTERS/Andreea Campeanu (SOUTH SUDAN - Tags: CIVIL UNREST SOCIETY HEALTH) - GM1EA1A1J0I01
Altered bacteria and mosquitoes could eventually be released into populations of wild mosquitoes.Image: REUTERS/Andreea Campeanu
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两种新策略在抗击疟疾方面展现出希望。疟疾每年造成超过400,000人死亡,死者大多是撒哈拉以南非洲地区五岁及以下的儿童。

这两种新策略都旨在让按蚊属蚊子更能抵抗疟原虫。这些寄生虫生活在蚊子体内,雌蚊吸食人血时会将其传播给人类。

增强蚊子对疟原虫的抵抗力,可以减少对杀虫剂、蚊帐等其他疟疾防控措施反复、持续使用的需求。

约翰斯·霍普金斯彭博公共卫生学院疟疾研究所的一个研究团队发现了一种细菌菌株,它能在携带疟疾的蚊群中迅速传播并长期存在。研究人员对该菌株进行了基因改造,使其能强力抑制疟原虫发育,从而大幅降低蚊子将疟原虫传播给人类的可能性。

另一支研究团队通过基因改造增强了携带疟疾的蚊子的免疫系统。这种基因改变不仅能抑制蚊子体内的疟原虫,还能通过改变蚊子的交配偏好,在试验种群中迅速传播。

如果两支团队最初取得的良好结果得到进一步验证,经过改造的细菌和蚊子最终可能会被释放到野生蚊群中。在那里,它们会传播基因变化,并最终减少疟疾向人类的传播。

Image: 世界卫生组织

奇特的微生物

在第一项研究中,发现这种能感染蚊子的新细菌菌株纯属偶然。

“我们当时正在研究另一种细菌,一位项目研究人员偶然发现了蚊子卵巢中存在细菌菌落的证据,”资深作者、分子微生物学与免疫学教授马塞洛·雅各布斯-洛雷纳说。“这很不寻常——通常我们只会在蚊子的肠道里发现细菌。”

他的团队很快将这些奇特微生物鉴定为一株沙雷氏菌,并将其命名为沙雷氏菌 AS1。

研究人员一直在研发转基因细菌,使其能够感染蚊群并杀死蚊子体内携带的疟原虫,同时不伤害蚊子本身。如何让这类细菌有效传播一直是关键难题,但实验发现,沙雷氏菌AS1几乎是完成这项任务的理想选择。与其他能感染蚊子的细菌不同,沙雷氏菌 AS1很容易在交配过程中由雄蚊传给雌蚊,也能由雌蚊传给后代。

科学家通过添加五种强效抗疟蛋白的基因改造了沙雷氏菌 AS1。借助这些蛋白,细菌强力抑制了定殖蚊子体内的疟原虫发育,使疟原虫早期阶段的水平下降了90%以上。实验还表明,改造后的沙雷氏菌 AS1细菌不会对蚊子本身的寿命或生育能力产生显著影响。

“目前所有迹象都表明,这些抗疟蛋白对疟原虫普遍有效,而携带这些蛋白的沙雷氏菌 AS1可以进入任何携带疟疾的蚊种,”雅各布斯-洛雷纳说。

改变蚊子的交配偏好

在第二项研究中,另一支由乔治·迪莫普洛斯领导的团队对传播疟疾的按蚊属蚊子的DNA进行了小幅改造,以增强其免疫基因的活性。免疫力增强后,蚊子更能抵抗疟原虫感染,因此将疟原虫传播给人类的可能性也更低。

这一结果在意料之中。出乎意料的是,在由改造蚊子和未改造的野生型蚊子组成的混合种群中,改造蚊子竟能以异常高的效率将基因改造传给后代。

迪莫普洛斯及其同事调查这一意外发现后,发现增强蚊子的免疫基因也改变了蚊子肠道和生殖器官中的细菌种类构成。这种昆虫“微生物群”的变化继而改变了交配偏好:改造后的雄蚊开始偏好未改造的野生型雌蚊,而野生型雄蚊则开始偏好改造后的雌蚊。

“我们认为,改变微生物群会改变改造蚊子的气味,进而改变交配偏好,”迪莫普洛斯说。“在这种情况下,交配偏好的改变恰到好处,因为蚊子争夺配偶时,这种变化会最大限度地提高产生转基因后代的机会。”

迪莫普洛斯实验室中的改造蚊群如今已在实验室种群中生活了七年多,在此期间一直保持较强的抗疟能力,且没有出现明显的不良副作用。

两个研究团队在期刊《科学》上介绍了他们的发现。

美国国家过敏症和传染病研究所与彭博慈善基金会为两项研究提供了资金。中国科学院和中国国家自然科学基金委员会也为雅各布斯-洛雷纳的研究提供了资金。

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