使用新的CRISPR工具敲除基因使蚊子对疟疾寄生虫具有高度抵抗力

根据约翰霍普金斯大学彭博公共卫生学院疟疾研究所的科学家发表的一篇新论文，从蚊子中删除一个基因可以使它们对疟疾寄生虫具有高度抵抗力，从而大大降低了将寄生虫传播给人类的可能性。

科学家使用新的CRISPR/Cas9系统，允许精确的DNA编辑，从冈比亚按蚊的基因组中删除了一个名为FREP1的基因，冈比亚按蚊是人类疟疾的主要传播者。在改良的蚊子中，疟原虫不太可能存活和繁殖。这项研究中使用的CRISPR/Cas9系统是由斯特拉斯堡大学的研究科学家Eric Marois开发的。

这项研究发表在3月8日的《公共科学图书馆病原体》杂志上，是第一项表明从蚊子中删除基因可以使蚊子对疟疾寄生虫产生抵抗力的研究。它还强调，这场战争可能会稍微改变野生蚊子的数量，从而减少疟疾向人类的传播。

CRISPR/Cas9系统是一组DNA编辑分子，涉及细菌对病毒的防御机制。近年来，生物学家将其作为基因工程-科学实验的精确工具，以及疟疾和其他疾病的前瞻性基因改造策略。

“我们的研究表明，我们可以使用这种新的CRISPR/Cas9基因编辑技术，通过去除所谓的宿主因子基因，让蚊子抵抗疟疾，”该研究的资深作者、彭博学院教授乔治迪莫普洛斯博士说。微生物学和免疫学。“这为我们开发先进的疟疾控制策略，基于不能传播疾病的转基因蚊子，研究蚊子宿主体内疟疾寄生虫的生物学，提供了很好的技术平台。”

根据世界卫生组织的数据，2016年，该疾病的病例超过2亿，死亡人数超过40万，其中大多数发生在撒哈拉以南非洲的5岁以下儿童中。疟疾疫苗是可以获得的，但是它们的保护只是部分和暂时的。与抗疟疾药物一样，疫苗的供应有限。研究人员正在转向可能具有成本效益的策略。这些策略针对携带疟疾的蚊子，以防止疟疾首先传播。

Dimopoulos和他的同事在巴尔的摩约翰斯霍普金斯疟疾研究所的昆虫研究中，通过删除编码免疫蛋白和纤维蛋白原相关蛋白1的基因FREP1来修饰冈比亚按蚊。原因并不完全明显。这种蛋白质有助于疟疾寄生虫在蚊子肠道中生存，并进入传播给人类所需的发育阶段。因此，FREP1被认为是疟疾的“宿主因子”。

除了减少感染疟疾的蚊子数量，通过删除FREP1基因来消除这种宿主因子还有其他功能。在删除FREP1后，大多数改良蚊子没有证据表明子孢子寄生虫通过其唾液腺中的蚊子叮咬进入人类血液。

迪莫普洛斯说：“通过删除FREP1，对疟疾寄生虫的抵抗力非常强。“如果能成功地用这些改良蚊子替代普通的野生蚊子，很可能会对疟疾的传播产生重大影响。

尽管科学家们一直致力于通过普通育种将DNA修饰迅速传播到野生种群的“基因驱动”技术，但他们并没有试图用野生蚊子取代野生蚊子。利用CRISPR/Cas9的基因驱动DNA编辑能力，基本破解了受孕过程，将基因修饰推送给所有或几乎所有被修饰动物的后代。例如，2016年，研究人员报告称，他们创造了一种CRISPR/Cas9基因驱动因子，这种驱动因子迫使降低生育力的基因被改造成雌性冈比亚按蚊——如果在野外释放，可以迅速减少当地的按蚊种群。

原则上，FREP1的缺失或失活也可以包含在基因驱动系统中。因为它的目的不是降低蚊子的健康或繁殖能力——降低达尔文的“适应性”——frep 1失活会降低蚊子突变抵抗其影响的机会。

Dimopoulos和他的研究团队发现，从按蚊中完全删除FREP1确实会给改良后的蚊子带来一些健康成本。与它们的野生近亲相比，没有FREP1的蚊子发育成成虫的速度更慢，有机会的话不太可能吸食血粉，产卵也越来越少。

迪莫普洛斯说：“我们现在正在制造蚊子，其中FREP1仅在成人肠道中灭活。“我们预测，当我们这样做时，蚊子不会遭受同样的健身成本。”

此外，他和他的团队正在使用他们的CRISPR/Cas9 DNA编辑平台研究删除其他潜在疟疾宿主因子基因的效果，并了解这些宿主因子在蚊子中的作用。迪莫普洛斯说：“我们的重点不仅仅是制定疟疾控制策略，还要更多地了解携带疟疾的蚊子的生物学。”

国家过敏和传染病研究所、彭博慈善机构、CNRS Inserm、斯特拉斯堡大学、国家教育研究所和约翰霍普金斯疟疾研究所提供支持。

标签：