根除疟疾的“自私”解决方案

研究人员利用在果蝇中快速引入转基因元件的工作,希望能够治愈蚊子和人类的疟疾

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加州理工学院的研究人员借鉴了普通面粉甲虫(一种可以藏在运往厨房橱柜和食品储藏室的麦片盒中的害虫)使用的遗传机制,帮助转基因果蝇控制了一个种群。如果这项工作在抗疟蚊子中得到复制,则有助于对抗这种使人衰弱的寄生虫病,据美国疾病控制与预防中心称,这种疾病每年导致 70 万至 270 万人死亡。

由生物学家布鲁斯·海伊(Bruce Hay)领导的科学家们为果蝇开发了一套“自私”基因。这种遗传过程最早于 1992 年在面粉甲虫中观察到,它涉及一个复杂但巧妙的系统:雌性继承一个遗传复合物,其中包括一种自私的驱动因素(以毒素的形式)以及一种解毒剂,称为 Medea,代表“母体效应显性胚胎停滞”。

驱动因素会导致雌性的卵子在发育过程中充满有毒蛋白质,这会杀死胚胎,除非它们也继承了 Medea。接受该元素的幼蝇将会存活,因为解毒剂已传递给它们。如果一个正常的雄性与一个 Medea 复合物杂合的雌性交配(意味着她在一个染色体上有一个 Medea 复合物,而在其同源染色体上没有),那么这对夫妇的后代将有 50% 会死亡。随着时间的推移,Medea 元素将控制一个种群,只留下携带它的个体。


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海伊和他的同事在《科学》杂志上报告说,他们认为该技术可以用于蚊子,使其能够抵抗感染疟疾,雌性蚊子在叮咬人类时会将疟疾传播给人类。“果蝇和蚊子非常不同,”海伊承认,“但它们早期发育的方式非常相似。……这些部分可能不同,但构建的机器类型将是相同的。”

果蝇自私基因模型中,研究人员使用一段非编码微RNA作为 Medea 元素,而不是毒素。这段RNA会阻止myd88的功能,myd88是一种在早期细胞分裂期间负责在母体的卵子中定向胚胎的基因。“携带我们元素的母亲会产生完全混乱的卵子,”海伊说,因为沉默那个特定的基因会扰乱“胚胎识别其顶部和底部的能力”。在这种情况下,解毒剂是myd88的功能副本,该副本在早期胚胎发生过程中处于活动状态。

然后,海伊的团队将等量的正常雄性果蝇和携带 Medea 元素的雄性果蝇放在一个封闭的空间中,与未经改变的雌性果蝇一起。在 10 代(大约 6 个月)的时间内,所有果蝇中都存在 Medea 元素。“这就是如果你在那里有一个疾病基因,你就会阻止疾病传播的能力,”海伊说。

海伊指出,就蚊子而言,Medea 复合物将由阻断myd88的微RNA、抗疟转基因以及myd88的正确副本组成。只有继承了完整驱动因素-转基因-解毒剂组合的胚胎才能存活。他估计,如果将足够数量的携带 Medea 元素的雄性蚊子释放到某个蚊子种群中,那么它可能会在一年内完全抵抗疟疾。

海伊的团队通常与果蝇合作,他说研究人员计划尝试将 Medea 复合物插入蚊子体内。“我们也会尝试让它在蚊子中发挥作用,”他说,并补充说,这项创新是一个值得注意的案例,其中“果蝇工程可以用来对一系列非常重要的人类疾病产生影响。”

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