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人类准备好迎接转基因蚊了吗?

知乎精选 2020-08-29 11:30:05

​本文作者 Tadpole 

本文关键词 转基因 蚊子 Oxitec 科学技术 

你可能吃过转基因大豆等植物,也听说过实验室中会有转基因小白鼠等;但如果常常在你身边萦绕的生物也变成转基因的,你能接受吗?

这种状况可能在不远的将来就会发生。

美国佛罗里达群岛地区 8 月 19 日批准了一项转基因蚊释放计划,将于 2021 年开始累计释放约 7.5 亿只转基因雄蚊,用以控制埃及伊蚊(Aedes aegypti)的数量,减少其携带的戈登热、寨卡病毒等疾病的传播。

人类准备好迎接转基因蚊了吗?
(图源:unsplash)

事实上,这并不是转基因蚊的第一次实验,此前已有累计超过 10 亿只转基因蚊,被投放在世界不同地区,进行转基因蚊灭蚊相关的实地实验(field test)。

biokiwi 在此前的文章中曾介绍过不少科学界的高级灭蚊方法,包括基因编辑雌蚊致其"不孕不育“、让蚊子患上”厌食症“等等。

为什么不灭绝蚊子?

此次被大众热议的转基因蚊,来自一家成立于 2002 年的科技公司——牛津昆虫技术(Oxford Insect Technologies,现名 Oxitec)。这家公司将转基因技术运用到灭蚊中,利用显性致死基因携带昆虫释放技术(release of insects carrying a dominant lethal,RIDL),打造“活体灭虫剂”(living insecticide)。

高中生物必修二中讲过,显性基因的特征是只要存在这个基因就能够表达、并体现在对应的生物性状当中。因此携带有这个显性致死基因的雄蚊,和它产生的后代都会因为这个基因而死亡。

人类准备好迎接转基因蚊了吗?
Oxitec 公司官网上介绍的简要灭蚊原理(图片翻译自:Oxitec)

为保证转基因雄蚊在投放自然前好好地活着,研究人员在植入显性致死基因的同时,加上了一个可以控制该基因表达的“开关”——四环素转录调控系统

在实验室环境里,因为四环素的存在,致死基因的转录、表达被抑制,雄蚊能够正常的生长;一旦进入缺少四环素的自然环境,这个开关便被打开,转基因雄蚊后代因致死基因,生长发育受到抑制,难以存活。

2007 年,名为 “OX513A” 的转基因雄蚊研制成功,随后开展了一系列实地实验。自 2009 年开始,约 330 万转基因雄性埃及伊蚊被投放在开曼群岛。该实验的结果不仅证明这些转基因雄蚊能够在自然环境下生长繁殖,还在约 11 周后让埃及伊蚊的数量减少了 80% 左右

人类准备好迎接转基因蚊了吗?
(图源:Oxitec)

2016 年 5 月,开曼群岛希望尝试用同样的方法对抗埃及伊蚊携带的致命病毒,减少这些病毒对人类的伤害,这也意味着在有人居住的区域进行转基因蚊的投放。该项目最终得到了积极的结果:在 1800 人居住的西湾地区(West Bay)投放转基因蚊后,相比其他类似地区,埃及伊蚊的数量下降了约 88%

另一方面,Oxitec 在巴西也开展了实地实验,从 2011 年开始向巴西东部巴伊亚州的雅科比纳市累计投放了 5000 万只转基因雄蚊,当地野生埃及伊蚊数量下降了 80~95%

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2016 年 1 月 27 日在巴西 Fiocruz 研究所显微镜下拍摄的埃及伊蚊(图源:VOA)

但 “OX513A” 存在一个不利于传播和降低效率的缺陷,因为其后代不论雌雄都活不下去,所以需要持续投放转基因雄蚊,以达到控制埃及伊蚊数量的目标。

为提升效率,新一代的转基因蚊 “OX5034” 问世,该类型仅导致会吸血、传染疾病的雌蚊死亡;部分雄蚊后代可以携带致死基因,并继续传递给下一代埃及伊蚊。在反复消灭雌蚊的同时,该致死基因也会随着一代代的繁殖被稀释,最终消失。

人类准备好迎接转基因蚊了吗?
如果你还记得高中生物的遗传图,这个可能会更有助于理解这个过程:黑色是野生蚊子,灰色是敲除基因蚊子;上图是我们熟知的孟德尔遗传方式,而下图是雄性不受影响的遗传方式(图源:James S, et al.)

随后,OX5034 在 2018 年于巴西圣保罗州进行了实地实验,实现野生埃及伊蚊数量下降 96% 左右的不错效果。

尽管此前的实验都取得了比较理想的结果,但转基因的做法始终会让人们担忧。于是乎,当这项实验计划来到美国,获得美国环境局的批准,并取得佛罗里达群岛的蚊虫管控区的许可后,讨论的声音也开始热闹起来。

其实早在 2016 年,Oxitec 就曾打算在佛罗里达进行实地实验,但因为种种原因该计划被取消。不难想象,这其中也包括来自各方的质疑。而这一次相关部门能够通过该计划,也从侧面说明是其在反复权衡利弊之后的决定,当然也包括 Oxitec 方面更加完善的风险说明。

生命充满太多的不确定性和未知,人们想要彻底弄清楚基因和自然之间的关系,可能要花费很久很久,甚至可能永远也没法理解透彻。

因此,在什么情况或什么样的标准下,人类可以在自然环境中使用基因编辑等生命科学技术,是必须要慎重考虑的难题。

人类准备好迎接转基因蚊了吗?
另一个著名的例子,2018 年的贺建奎转基因婴儿事件,就再次给人们敲了一次警钟:到底何时,并且又应如何正确使用转基因编辑技术?(图源:纽约时报)

以前文提到的转基因蚊为例:

一面是埃及伊蚊等蚊虫携带的大量病原体,对人类造成严重的伤害,几乎影响全球半数以上人群;

而另一面因为转基因的特殊性质,人们会担心转基因蚊对人体的伤害、对其他动物的影响、以及对整个生态系统可能带来的变化。

尽管在发展科学技术的同时,人们基于已有的知识尽可能地规避风险:

  • 转基因处理的均为不会叮咬人群的雄蚊,而后代中的雌蚊会因为携带致死基因死亡。即便是极小概率幸存的雌蚊,也不会因为叮咬将自己的基因输入;
  • 因为生殖隔离的存在,转基因埃及伊蚊只能和同类交配产生可繁殖的后代,所以对其他蚊类几乎不会造成影响
  • 毒性测试和理化测试显示,转基因蚊对于其捕食者无毒无害。且大多数捕食者也并非只以埃及伊蚊为食,故对其上游的食物链影响并不大;
  • 已有的多次实验室实验以及实地实验,均未显示明显的基因漂移或出现抗杀虫剂类型的野生蚊子;
  • 在大多数地区,埃及伊蚊本身就属于外来物种,其数量的下降对原有的生态系统并不会造成太大的打击;
  • ……

基于已有的知识体系和边际,人们为了应用新技术做出了很多努力;但还是那句话,生命科学充满了太多不确定性。以上提到的每一点考虑都可能会出现一些极端小概率的反面例子、或因为未知出现的 bug。

就像一个熟悉、但有些不同的哲学问题:

有一辆高速运行的火车,前方轨道上有人,而变轨的方向有雾,很难知道那边是没有人、还是有更多人。

人类准备好迎接转基因蚊了吗?
新电车难题:我们应该如何面对未知的前方(修改自网络图片)

这辆火车没办法停下,而且会越来越快。

人们现在能做的,是努力探索未知,尽可能的拨开那边的迷雾。

参考资料:

  • LaMotte, Sandee (June 18, 2020). "Genetically engineered mosquitoes get EPA approval for Florida release". CNN. Retrieved 2020-06-21.
  • Carvalho, Danilo; et al. (2 July 2015). "Suppression of a Field Population of Aedes aegypti in Brazil by Sustained Release of Transgenic Male Mosquitoes". PLOS Neglected Tropical Diseases. 9 (7): e0003864.
  • Evans, Benjamin R.; Kotsakiozi, Panayiota; Costa-da-Silva, Andre Luis; Ioshino, Rafaella Sayuri; Garziera, Luiza; Pedrosa, Michele C.; Malavasi, Aldo; Virginio, Jair F.; Capurro, Margareth L.; Powell, Jeffrey R. (10 September 2019). "Transgenic Aedes aegypti Mosquitoes Transfer Genes into a Natural Population". Scientific Reports. 9 (1): 13047.
  • James S, Collins F H,Welkhoff P A, et al. Pathway to deployment of gene drive mosquitoes as apotential biocontrol tool for elimination of malaria in sub-Saharan Africa:recommendations of a scientific working group[J]. The American journal oftropical medicine and hygiene, 2018, 98(6_Suppl): 1-49.
  • Subbaraman, Nidhi (10 January 2011). "Science snipes at Oxitec transgenic-mosquito trial". Nature Biotechnology. 29 (1): 9–10.
  • "Genetically Engineered Animals - Oxitec Mosquito". US Food and Drug Administration; Animal and Veterinary. 2017-02-05. Retrieved 2017-09-01.

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