2019-05-31 05:33:02
在西非的研究中 转基因真菌迅速杀死了疟疾蚊子

据世界卫生组织称,疟疾影响着全世界数亿人,每年造成超过40万人死亡。几十年的杀虫剂使用未能控制携带疟疾寄生虫的蚊子,并导致许多蚊子株中的杀虫剂抗性。作为回应,科学家们开始对蚊子和其他有助于根除蚊子的生物进行基因改造。到目前为止,这些转基因方法都没有超出实验室测试范围。

在2019年5月31日发表的一期研究论文中,马里兰大学和布基纳法索的一组科学家描述了在实验室外进行抗击疟疾转基因方法的第一次试验。该研究表明,在西非布基纳法索的一个屏幕封闭的模拟村庄环境中,一种天然存在的真菌可以将蚊子的毒素安全地减少99%以上。

“野生动物学系的研究生,该论文的第一作者布莱恩洛维特说:”目前,没有转基因疟疾控制在实际现场测试的道路上。 “这篇文章标志着迈出了重要的一步,为这一和其他转基因方法的发展奠定了先机。”

“我们证明转基因真菌的功效比野生型更好,因此它证明了持续发育的合理性,”UMD的杰出大学昆虫学教授,该研究的共同作者Raymond St. Leger说。

真菌是一种天然存在的病原体,可以感染野外的昆虫并慢慢杀死它们。几个世纪以来,它已被用于控制各种害虫。科学家使用了一种特异于蚊子的真菌菌株,并对其进行改造以产生一种毒素,这种毒素可以比它们繁殖更快地杀死蚊子。这种转基因真菌使其试验地点的蚊子数量在两代内坍塌至不可持续的水平。

“你可以把这种真菌想象成一种皮下注射针,用于向蚊子中提供强效昆虫特有的毒素,”St. Leger说。

毒素是一种名为Hybrid的杀虫剂。它来源于澳大利亚蓝山漏斗网蜘蛛的毒液,并已获得环境保护局(EPA)的批准,可直接用于控制农业害虫的作物。

洛维特说:“只需将转基因真菌应用于我们研究区挂在墙上的薄片,导致蚊子数量在45天内崩溃。” “它在杀灭抗药性蚊子方面与非抗药性蚊子同样有效。”

洛维特说,实验室测试表明,这种真菌会感染携带疟疾的蚊子。传播疟疾的物种丰富阻碍了控制疾病的努力,因为并非所有物种都对相同的治疗方法作出反应。

为了修饰真菌Metarhizium pingshaense以便生产和交付Hybrid,马里兰大学的研究团队使用了一种标准方法,该方法利用细菌有意识地将DNA转移到真菌中。科学家设计并引入真菌的DNA提供了制作杂交的蓝图,以及控制开关,告诉真菌何时制造毒素。

控制开关是真菌自身DNA代码的副本。它的正常功能是告诉真菌何时在自身周围建立一个防御性外壳,以便它可以隐藏昆虫的免疫系统。建造这种外壳对真菌来说是昂贵的,所以只有当它检测到蚊子血液内的适当环境时才会付出努力。

通过将该开关的遗传密码与制造混合物的代码相结合,科学家们能够确保其改良的真菌仅在蚊子体内产生毒素。他们在马里兰州和布基纳法索的其他昆虫身上测试了它们的改良真菌,发现真菌对蜜蜂等有益物种无害。

“这些真菌非常具有选择性,”St。Leger说。 “他们知道它们来自化学信号和昆虫身体特征的形状。我们正在使用的菌株喜欢蚊子。当这种真菌检测到它在蚊子身上时,它会穿透蚊子的角质层并进入昆虫。不会为其他昆虫带来麻烦,所以它对蜜蜂这样的有益物种来说是非常安全的。“

在实验室证明其转基因真菌的安全性后,洛维特和圣莱格与布基纳法索的科学同事和政府当局密切合作,在模拟自然的受控环境中对其进行测试。在布基纳法索的一个农村,疟疾流行地区,他们建造了一个大约6550平方英尺的屏蔽结构,他们称之为MosquitoSphere。在内部,多个屏蔽室包含实验小屋,植物,小型蚊子繁殖池和蚊子的食物来源。

在一组实验中,研究人员将一块涂有芝麻油的黑色棉布挂在三个房间的每个小屋的墙上。一片接收与转基因真菌绿僵菌(Metarhizium pingshaense)混合的油,一片接受含有野生型绿僵菌的油,一片仅接受芝麻油。然后,他们将1000只成年雄性和500只成年雌性蚊子释放到MosquitoSphere的每个室中以建立繁殖种群。然后研究人员每天计算每个房间内的蚊子45天。

在含有用转基因真菌处理的薄片的室中,蚊子种群在45天内暴跌至仅13只成年蚊子。这对于雄性来说是不够的,因此需要蚊子繁殖。相比之下,研究人员计算了用45天后用普通芝麻油处理过的室内用野生型真菌和1,396只蚊子处理过的455只蚊子。他们多次运行这个实验,结果相同。

在实验室的类似实验中,科学家们还发现感染转基因真菌的雌性只产下26个卵,其中只有3个发育成成虫,而未感染的雌性则产下139个卵,导致74个成虫。

据研究人员称,至关重要的是,新的抗疟疾技术,例如本研究中测试的技术,对当地社区来说很容易使用。黑色棉布和芝麻油相对便宜并且在当地容易获得。这种做法也不要求人们改变他们的行为,因为这种真菌可以与今天常用的杀虫剂一起使用。

洛维特说:“通过非常密切地遵循EPA和世界卫生组织的协议,与中央和地方政府合作,以满足他们的标准并与当地社区合作以获得认可,我们已经突破了障碍。” “我们的研究结果将对任何提出扩大新的,复杂的,可能引起争议的疟疾根除技术的项目产生广泛的影响。”

接下来,国际科学家团队希望在当地村庄或社区测试他们的转基因真菌。在诸如村庄等开放环境中部署这种新方法之前,需要满足许多监管和社会基准,但研究人员表示,这项研究有助于为此类试验提供理由。

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