这只冈比亚疟蚊携带有可以摧毁整个物种的基因驱动器。ANDREW HAMMOND
近日，科学家们在实验室中利用一种基因驱动(gene drive)技术首次成功将一个种群的蚊子连根拔除。
这群来自伦敦帝国理工学院(Imperial College)的基因工程师们在过去的两年中一直致力于开展关于此项技术的研究，他们通过向蚊子体内引入一种可遗传的突变基因来达到使全部蚊子丧失生育能力的目的。这个团队的研究成果公开发表在本周一的《自然·生物技术》(Nature Biotechnology)上。
这项实验的成功标志着人类在抵御疟疾流行的斗争中取得了重大的进展。长久以来，科学家们一直努力在开发那种可以成功扩散到整个种群并且能让蚊子们丧失繁殖能力的基因驱动器(gene drives)。
对这项技术的成功，麻省理工学院研究基因驱动技术的Kevin Esvelt教授评论道：“这个成果可以证明阻挠我们挽救生命的主要障碍已不再是科学技术，而是社会和政治因素。”
话语虽鼓舞人心，但在实验室中取得成功并不意味着这项技术在野外条件下一定奏效。对于这些被终生饲养在仅有半个冰柜大小的笼子中的实验蚊子来说，他们的繁殖条件与正常情况相比有较大的差异。
为了检验基因驱动技术的可靠性，科学家们向笼中投放了数以百计的经过基因修饰的变异蚊子以及普通蚊子。在蚊子们交配之后，实验员随机拾取了650枚它们产下的卵，这些卵将变成下一代的变异蚊子。在七到十一代的繁殖后（大约经过五到八个月的时间），他们发现再也没有蚊子能够产卵了，这意味着基因驱动技术成功了。
“这真是一个重要的突破”，德克萨斯农工大学(Texas A&M)的昆虫学教授Zach Adelman（未参与此项研究）说到，“这项研究如此重要的原因是它证明科学家们解决了一个早先阻碍我们创造出对蚊子有效的基因驱动器的难题——抗性(resistance)。”
就像细菌会对抗生素产生抗性一样，用来实验的蚊子也很容易对一个基因驱动器产生抗性。科学家们（包括这支帝国理工学院的研究团队）在之前的实验中都发现蚊子有小概率产生可以让它们对基因驱动器免疫的随机突变。这些蚊子会把这些防护性突变(protective mutations)遗传给它们的后代，阻止基因驱动器传递那种可以摧毁整个种群的修饰基因。
然而帝国理工学院的科学家们创造出的却是一种不会受到这种抗性影响的基因驱动器。他们保证蚊子不论何时产生随机的、防护性的突变，这种基因驱动器都能让它绝育——消除其将防护性突变遗传给后代的可能。
“我们对于基因驱动器应用过程中出现的功能抗性(functional resistance)有一套解决方案”，论文的第一作者、帝国理工学院博士生Kyros Kyrou如是说。囿于试验规模，他在论文中也承认不排除有其他形式抗性存在的可能性并表示它们或许会在更大规模的试验中表现出来。
领导此项研究、隶属于帝国理工学院生命科学系的Andrea Crisanti教授表示，他们计划下一步在相当于一个房间大小的笼子中继续测试基因驱动灭蚊技术的威力，这样可以模拟这项技术在非洲现实应用时可能会面对的真实环境。
Crisanti教授表示，试验规模的扩大可以让研究人员测试其他条件（如温度或是多种光线），是否会对基因驱动技术的效果产生影响。
更大的笼子还意味着有更大的空间来承载蚊子，使研究人员有条件让蚊子的所有后代都可以发育而不必再从中随机挑选了，这有效排除了试验的偶然性。大笼子也让蚊子可以不再受空间局限自然地繁殖：雄蚊成群结队，雌蚊飞奔而来，寻觅佳偶，繁衍后代。
更大规模的试验还意味着研究人员有机会发现会让基因驱动器失效的稀有突变，而这些突变可能恰恰是在小规模试验中发现不了的。就像Adelman教授说的那样：“当你养了100万只蚊子的时候，你就有可能看见百万分之一概率发生的事情。”
Crisanti教授介绍这些笼子的维护工作将会由一家意大利私人公司负责，位置在离罗马大约一个半小时车程的特尔尼(Terni)市。试验大概会在2018年底启动，在那之后的八个月到一年内研究人员将会收集到大量可供利用的数据。
对于这项技术，还有一个悬而未决的问题亟待科学家们给出答案：基因驱动器能否在不同物种的蚊子间传播。科学家们好奇如果在野外释放一种可以消灭大量蚊子的基因驱动器，那么到底哪种蚊子会中招呢？要知道，消灭多个物种蚊子对环境的影响可能不同于清除单一物种蚊子。
一般来说，当两只不同物种的蚊子交配时，他们的后代是不育的，自然也不能把经过修饰的基因遗传下去。可凡事总有例外。冈比亚疟蚊(Anopheles gambiae mosquitoes)在亲缘关系上和库鲁兹疟蚊(Anopheles coluzzi mosquitoes)极其接近——事实上在2013年前他们还被认为是同一物种呢！而且这两种疟蚊在亲缘关系上与阿拉伯疟蚊(Anopheles arabiensis mosquitoes)也十分接近。
“我们的基因驱动器可以跨越冈比亚疟蚊和库鲁兹疟蚊的种间隔离”，Kyrou说到，“我不排除它对阿拉伯疟蚊也同样奏效的可能性。”Adelman教授和Esvelt教授也表示研究人员需要收集更多的数据来评估基因驱动器在不同物种蚊子间传播的程度。
至于这项研究的成果何时才能投入应用，“我们做不了主”，Crisanti教授答道，“占主导的是政治。”
振奋人心的是他的合作伙伴们已经开始了政治程序上的努力。Crisanti教授的研究属于“Target Malaria”项目的一部分，这个项目主要由比尔及梅琳达·盖茨基金会(Bill and Melinda Gates Foundation)资助，旨在通过与三个非洲国家——布基纳法索、马里和乌干达的国际合作，建立研究基因驱动灭蚊技术的基础设施并尝试将此技术投入实际应用。
迄今为止，该项目在布基纳法索的工作推进的最为顺利。今年八月份，他们获得了该国中央政府的许可，向野外投放了1万只经过基因工程改造的蚊子。这些蚊子虽然没有携带基因驱动器，但是他们将为接下来的正式投放铺平道路。
作者：Ike Swetlitz
翻译：罗广桢
审校：马晓彤
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