工程18（2022）6新闻亮点基因工程旨在消灭害虫克里斯·帕尔默高级技术作家2022年3月，美国环境保护署（EPA）批准总部位于英国阿宾顿的生物技术公司Oxitec到2024年在加利福尼亚州和佛罗里达州释放多达24亿只转基因（GM）蚊子。Oxitec蚊子--在本例中为雄性埃及伊蚊--被设计为只产生雄性后代，而不是以血液和媒介疾病为食的雌性蚊子（图1）。释放大量转基因雄性蚊子的目的是减少蚊子的总体数量，从而减少它们可能传播的疾病的传播。对于埃及伊蚊来说，这包括病毒性疾病黄热病、登革热和寨卡病毒;其他蚊子--按蚊属--传播古老的寄生原生动物疟疾，疟疾仍然是发展中国家的一个前沿公共卫生问题，转基因方法也在探索中。Oxitec只是目前正在开发的许多基于转基因的蚊子控制工具之一，其中包括采用反向基因驱动技术的工具，所有这些工具-像大多数转基因产品一样-都面临着舆论法庭上的艰苦战斗。但Oxitec技术似乎最接近广泛的商业应用。 ‘‘They are the first to successfullydevelop a GM-based technology在全球范围内，每年有近7亿人感染蚊媒疾病，导致数百万人死亡，其中大多数是5岁及以下的儿童[2]。传统上，蚊媒疾病的控制依赖于相对昂贵的预防措施和治疗组合，包括杀虫剂、蚊帐、药物和疫苗接种（包括截至2021年的疟疾疫苗[3]）。“我们一直在使用杀虫剂来控制蚊子超过100年，抗疟疾药物超过200年，抗疟疾植物超过几个世纪，”分子微生物学和免疫学教授兼副主任George Dimopoulos说。‘‘Unfortunately, existing strategies have notsucceeded in eradicating malaria from the most endemic areasdespite a very significantFig. 1. （a）只有雌性蚊子，比如这只埃及伊蚊雌性蚊子，会叮咬并传播疾病;（b）雄性蚊子，比如这只埃及伊蚊雄性蚊子，通过它们的触角与雌性蚊子区分开来。图片来源：美国疾病控制中心（公共领域）。Oxitec的实验室培育的雄性蚊子经过改造，携带了一种对雌性后代致命的基因（图11）。 2）的情况。该基因显著过量产生一种蛋白质，该蛋白质干扰雌性细胞产生正常发育所需的其他必需蛋白质的当转基因雄性与野生雌性交配时，只有它们不咬人的儿子存活下来。此外，它们的雄性后代携带这种基因，并将其传递给一半的后代。随着每一代的繁殖，更多的雌性死亡。释放足够的转基因雄性，当地的埃及伊蚊种群最终崩溃。图二. 为了测试他们的技术，以遏制蚊子传播的疾病，英国的Oxitec计划释放多达24亿转基因成年雄性蚊子在佛罗里达州和加利福尼亚州。大规模生产的埃及伊蚊，就像这里看到的准备释放的转基因雄性一样，携带着一种对雌性后代致命的引入基因。图片来源：Oxitec（公共领域）。https://doi.org/10.1016/j.eng.2022.09.0042095-8099© 2022 THE CONDUOR.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可从ScienceDirect获取目录列表工程杂志首页：www.elsevier.com/locate/engC. 帕尔默工程18（2022）67Oxitec的科学家们在实验室里繁殖数百万只昆虫时，使用抗生素四环素暂时抑制雌性致死基因一旦饲养了足够多的雄性，公司就可以将它们部署到环境中。美国环保署要求不得在任何潜在四环素来源的500米范围内释放蚊子，包括废水处理设施，商业水果种植区或商业牲畜生产商。为了便于对实验进行定期监测，每种转基因昆虫都含有一个荧光遗传标记，科学家可以用它来区分它们与野生昆虫。在加利福尼亚州，公共卫生官员认为Oxitec方法是应对埃及伊蚊及其传播的病毒性疾病迫在眉睫的威胁的潜在手段。虽然该州尚未报告登革热的局部传播，但埃及伊蚊-一种入侵物种，其传播受到全球变暖的推动-于2013年首次在加利福尼亚州发现;到2022年2月，它已在22个县被发现[4]。佛罗里达州有更长的埃及伊蚊历史，最近在2020年发生了登革热的小爆发[5]。在2021年的试点研究中，Oxitec在佛罗里达群岛释放了近500万只埃及伊蚊转基因蚊子，为期7个月[6]。该公司使用了从释放地点附近的陷阱中收集的22000多个卵子，以确认所有继承致命基因的雌性该研究还表明，释放的影响是短暂的，致死基因在野生种群中持续了三代，然后才变得不可检测[6]。这一发现突出了Akbari引用Oxitec方法的一个优势：“它是自我限制的，”他说。‘‘It is notsomething that will spread like wildfire every- where and youwill never be able to remove it-it is very safe in that佛罗里达州试点扩展的目标是在2022年5月至7月期间进行一系列释放，以进一步证明该公司的技术在控制野生埃及伊蚊种群方面的有效性这项研究不会确定这种方法是否减少了埃及伊蚊传播的病毒感染数量。目前在佛罗里达群岛没有足够的此类疾病发生，无法进行评估;需要在其他地方进行临床研究来证明这一点，而且成本过高[7]。Oxitec尚未宣布加州试验的具体目标，该试验仍在等待该州该公司公司研究人员还报告说，2015年在巴西进行的一次测试中，埃及伊蚊的抑制率达到95%[9]，该公司于2021年开始向公众销售其产品的一个版本（图10）。 3）[10]。每月一次，图三. Oxitec的“Just Add Water”灭蚊盒于2021年在巴西圣保罗州通过10-30美元的包月服务送货上门。当顾客在盒子里装满水时，盒子里的卵就会孵化，长成带有雌性致死基因的雄性埃及伊蚊。图片来源：Oxitec（公共领域）。巴西圣保罗州的居民只需支付10-30美元的登记费在盒子里加水会促使卵孵化，然后长成雄蚊，所有雄蚊都携带雌性致死基因。在农业领域，Oxitec可能面临更低的障碍，并有望获得更大的商业成功，它应用了相同的基本雌性致死技术--包括四环素控制开关和荧光基因标记--来生产转基因雄性昆虫，以减少重要作物害虫的破坏性影响，包括秋粘虫（玉米）和小菜蛾（卷心菜、花椰菜和花椰菜）。这些物种的转基因昆虫的初步试点研究-2021年巴西的秋粘虫[12]和2017年美国的小菜蛾[13]-证明了害虫数量的成功减少。根据该公司虽然Dimopoulos同意Akbari的观点，即Oxitec技术是有效和安全的，但他说，其种群抑制方法的主要缺点是持续大量饲养和释放昆虫的成本。他说：“这就是为什么它主要应用于负担得起的国家。”‘‘And it isnot sus- tainable in the long-term because once you stop releasingthe mos- quitoes,相比之下，转基因昆虫替代策略，涉及用不能传播疾病的转基因版本取代携带疾病的昆虫，可能会证明更有效，但可能在商业上不太可行，Dimopoulos说：所谓的基因驱动技术为目前正在开发的大多数害虫控制替代策略该策略依赖于遗传剪切和粘贴工具定期间隔的短回文重复序列（CRISPR）[14]改变，删除或添加特定基因，并将CRISPR机制置于特定染色体上。在随后的几代中，然而，在实践中，基因驱动方法在很大程度上仍然是理论性的，主要是由于担心与向野生种群引入不可逆和不可控的遗传变化科学家开发的用于基因驱动的修饰基因的例子包括改变蚊子科学家们还在基因驱动中探索CRISPR修饰的基因，以管理农业害虫的种群[17]。在连续的几代中，通过基因驱动将修饰推入种群中应该会导致携带疾病的蚊子逐渐减少，直到剩下的蚊子太少而无法维持疾病的传播。‘‘Ifyou can get gene drive to work in the field, you would only have toreleasearelatively small numberof mosquitoes, significantlylowering the cost compared to what Oxitec is doing,” said由于其对意外后果的感知风险，基因驱动技术的研究仅限于受控的实验室环境。‘‘Our goal is reducing the harm caused to humanity bythese vectors,” said John Connolly, senior regulatory scienceC. 帕尔默工程18（2022）68非营利组织，正在开发基于基因驱动的技术来对抗疟疾。‘‘We aretrying to assess potential 我们希望尽可能确定，在我们甚至向监管机构申请释放许可之前，不会对人类健康或环境造成任何合理的风险。一种替代策略已经取得了更大的进展，该策略涉及繁殖蚊子以释放被Wolbachia感染的蚊子，Wolbachia是一种常见于昆虫中的细菌共生体。大约60%的昆虫物种携带沃尔巴克氏体[18]，但它不是天然存在于埃及伊蚊中[18]。虽然用沃尔巴克氏体感染埃及伊蚊似乎不会伤害它们，但事实证明，沃尔巴克氏体阻止了蚊子中的病毒复制，从而大大降低了感染沃尔巴克氏体的蚊子将登革热等病毒传播给它叮咬的人的风险[18]。一旦感染了沃尔巴克氏体，蚊子就会将共生体传给它们的后代，因此在几周内进行一次性释放该方法已在许多地方成功应用，包括澳大利亚和巴西[19]，2021年在印度尼西亚进行的大型试验表明登革热传播减少了77%[20]。广州沃尔巴基生物技术公司（中国广州）现在每周释放5000万只感染沃尔巴克氏体的白纹伊蚊，这些蚊子也经过基因工程改造成为不咬人的雄性蚊子，目的是遏制城市及其周围地区登革热感染的发病率[21]。除了技术挑战，开发转基因昆虫的公司还面临着大量的公众监督。在OxitecOxitec‘‘I 登革热传播在佛罗里达州很少见，所以人们质疑它的必要他说，对转基因生物的普遍担忧虽然Dimopoulos同样同情，他说，他认为公众它们对人类和动物的毒性Dimopoulos说，减轻公众恐惧的一种方法是教育人们，让他们参与战略的部署。他指出，在巴西，世界蚊子计划，一个由澳大利亚墨尔本莫纳什大学拥有的一组非营利公司推动的以沃尔巴克氏体为基础的蚊子控制计划，成功地使用了这一策略，播放有关转基因昆虫技术的电视广告，并向社区成员支付费用，帮助释放受沃尔巴克氏体感染的埃及伊蚊。尽管公众的反对，以及目前基于转基因的方法控制害虫的技术限制，包括昆虫或感染性病原体对基因改造的抗性的潜在发展，阿克巴里说，许多人最终可能会成功：每种昆虫都是自己的市场。例如，不同的作物害虫有不同的市场，每种害虫都生活在不同的环境中，造成不同的问题。引用[1] 坎农湾美国准备释放24亿只转基因雄性蚊子来对抗致命疾病伦敦：卫报; 2022年3月26日[引用]2022年7月31日]。可从https://www.theguardian.com/environment/2022/mar/26/us-release-genetically-modified-mosquoes-diseases获得。[2] 卡拉巴罗·H，金·K。蚊媒疾病的急诊管理：疟疾、登革热和西尼罗河病毒。急诊医学实践2014;16（5）：1-23。[3] 世卫组织建议为高危儿童接种突破性疟疾疫苗。日内瓦：世界卫生组织; 2021年10月 6 日 [ 引 用 于 2022 年 7 月 31 日 ] 。 可 从 以 下 网 址 查 阅 ：https://www.who.int/news/item/06-10-2021-who-。[4] 米利厄斯·S转基因蚊子可能很快在加利福尼亚州进行测试。华盛顿特区：科学新闻;2022 年 3 月 9 日 [ 引 用 2022 年 7 月 31 日 ] 。 可 从 以 下 网 站 获 得 ：https://www.sciencenews.org/article/genetically-modified-mosquito-test-california-epa-oxitec。[5] 美国卫生部-迈阿密-戴德卫生官员确认一例登革热病例[互联网]。迈阿密：佛罗里达 州 健 康 迈 阿 密 - 戴 德 县 ; 2020 年 9 月 21 日 [ 引 用 2022 年 7 月 31 日 ] 。 可 从 ：https://miamidade.floridahealth.gov/newsroom/2020/09/2020-09-22-DOH-Miami-Dade-Health-Matrials-Confirm-One-Case-of-Dengue-Fever.html获得。[6] 斯坦普湾近14.4万只转基因蚊子将在佛罗里达州被释放纽约市：NBC Today;2021 年 4 月 28 日 [ 引 用 2022 年 7 月 31 日 ] 。 可 查 阅 ：https://www.today.com/news/nearly-144-000-genetically-modified-mosquitoes-be-released-florida-t216740。[7] 华 尔 兹 E 一 家 生 物 技 术 公 司 宣 布 了 美 国 第 一 次 转 基 因 蚊 子 试 验 的 结 果 。Nature2022;604（7907）：608-9.[8] Harris AF，Nimmo D，McKemey AR，Kelly N，Scaife S，Donnelly CA，et al.Fieldperformance of engineered male mosquito. 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