本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点
当前的COVID-19疫情突显了我们在对抗人畜共患病方面的准备不足:这些病原体起源于野生动物并传播给人类。人类的免疫系统同样对从植物传播给人类的耐药性疾病毫无准备。当我们努力控制和治疗当前的疫情时,我们必须同时向前看一步——如何在不破坏我们的食品供应的情况下,避免未来出现其他疫情?
在过去的十年中,耐药性真菌疾病已成为主要的健康威胁,包括耳念珠菌——一种在冠状病毒危机爆发之前席卷全球医院的高度传染性真菌。十年前,没有人听说过耳念珠菌。如今,它在90天内杀死了一半的感染者,并且这种灾害已蔓延到19个国家(还在增加)。但是,这种真菌的耐药性是在哪里产生的呢?一个令人惊讶的理论是:耳念珠菌可能在农场而非医院中产生了耐药性。
农民用于控制许多植物病害的作物保护产品与医生用于治疗感染(包括真菌感染)的首选药物几乎相同。真菌不断变异,其生命周期以天或周为单位,因此变异速度很快。 当突变产生对杀菌剂的抗性时,该特定菌株将蓬勃发展,而非耐药菌株则会死亡。真菌是机会主义的,会跳到任何提供欢迎环境的宿主,例如人体。如果真菌感染的治疗涉及与农场中遇到的杀菌剂相同的药物,则真菌可能会在人体内蓬勃发展——就像在田间一样。
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一个显而易见的解决方案是在田间减少杀菌剂的使用。关于耳念珠菌出现的一种理论是,过度使用杀菌剂杀死了它的所有竞争者,导致耳念珠菌爆炸性增长。减少杀菌剂的使用不仅会减缓耐药菌株的产生,还将有助于恢复真菌世界的多样性,从而控制任何一种病原体的流行。换句话说,这将有助于防止另一种耐药性真菌从田间出现并进入人体。它还将帮助农民,因为耐药性病原体可能会抵消杀菌剂的产量效益。
杀菌剂在农业社区中是必不可少的。植物病害对全球农民构成重大问题——在某些作物中,病害会使收成减少70%以上——而未能解决这个问题可能意味着经济崩溃或饥荒。在我们人口增长而耕地面积缩小的时代,我们无法承受这种损失。
但是,如果植物本身就具有抵抗疾病的能力呢?
就像真菌一样——或者实际上,任何生物——植物都在不断进化。这就是自然基因编辑的工作原理,如果没有它,我们可能仍然是咸汤中的单细胞生物。通过自然选择,几乎任何植物最终都会产生对特定真菌具有抗性的菌株(一些主要农作物的祖先形式可能已经这样做了,只是科学界还不知道)。但这可能需要几个世纪,而且随着耐药性和致命性真菌菌株的扩散,我们没有时间等待。
另一方面,遗传学的进步使我们了解了植物中自然基因编辑的过程,帮助我们开发出对疾病的抵抗力。基因编辑技术随后可以使我们能够“切入正题”,并植入抗病性——就像自然界在有足够时间的情况下所做的那样。基因编辑使我们能够通过对植物或作物的基因组进行微小的调整来实现这一点,但不会引入外来遗传物质(对于那些关注转基因生物或GMO的人来说,这是一个令人担忧的问题)。
这能做到吗? 简短的回答是肯定的——而且农业生物技术产业已经在这样做了。
当前的疫情发出了一个明确的信息,即我们必须更好地减轻与人畜共患病相关的风险。即使耳念珠菌和其他耐药性真菌菌株已经从农场传播到医院,基因编辑仍然可以在防止其他病原体进行相同传播的过程中发挥至关重要的作用。