使用新的CRISPR工具敲除基因使蚊子對瘧疾寄生蟲具有高度抵抗力

根據(jù)約翰霍普金斯大學(xué)彭博公共衛(wèi)生學(xué)院瘧疾研究所的科學(xué)家發(fā)表的一篇新論文，從蚊子中刪除一個基因可以使它們對瘧疾寄生蟲具有高度抵抗力，從而大大降低了將寄生蟲傳播給人類的可能性。

科學(xué)家使用新的CRISPR/Cas9系統(tǒng)，允許精確的DNA編輯，從岡比亞按蚊的基因組中刪除了一個名為FREP1的基因，岡比亞按蚊是人類瘧疾的主要傳播者。在改良的蚊子中，瘧原蟲不太可能存活和繁殖。這項(xiàng)研究中使用的CRISPR/Cas9系統(tǒng)是由斯特拉斯堡大學(xué)的研究科學(xué)家Eric Marois開發(fā)的。

這項(xiàng)研究發(fā)表在3月8日的《公共科學(xué)圖書館病原體》雜志上，是第一項(xiàng)表明從蚊子中刪除基因可以使蚊子對瘧疾寄生蟲產(chǎn)生抵抗力的研究。它還強(qiáng)調(diào)，這場戰(zhàn)爭可能會稍微改變野生蚊子的數(shù)量，從而減少瘧疾向人類的傳播。

CRISPR/Cas9系統(tǒng)是一組DNA編輯分子，涉及細(xì)菌對病毒的防御機(jī)制。近年來，生物學(xué)家將其作為基因工程-科學(xué)實(shí)驗(yàn)的精確工具，以及瘧疾和其他疾病的前瞻性基因改造策略。

“我們的研究表明，我們可以使用這種新的CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)，通過去除所謂的宿主因子基因，讓蚊子抵抗瘧疾，”該研究的資深作者、彭博學(xué)院教授喬治迪莫普洛斯博士說。微生物學(xué)和免疫學(xué)。“這為我們開發(fā)先進(jìn)的瘧疾控制策略，基于不能傳播疾病的轉(zhuǎn)基因蚊子，研究蚊子宿主體內(nèi)瘧疾寄生蟲的生物學(xué)，提供了很好的技術(shù)平臺?！?

根據(jù)世界衛(wèi)生組織的數(shù)據(jù)，2016年，該疾病的病例超過2億，死亡人數(shù)超過40萬，其中大多數(shù)發(fā)生在撒哈拉以南非洲的5歲以下兒童中。瘧疾疫苗是可以獲得的，但是它們的保護(hù)只是部分和暫時(shí)的。與抗瘧疾藥物一樣，疫苗的供應(yīng)有限。研究人員正在轉(zhuǎn)向可能具有成本效益的策略。這些策略針對攜帶瘧疾的蚊子，以防止瘧疾首先傳播。

Dimopoulos和他的同事在巴爾的摩約翰斯霍普金斯瘧疾研究所的昆蟲研究中，通過刪除編碼免疫蛋白和纖維蛋白原相關(guān)蛋白1的基因FREP1來修飾岡比亞按蚊。原因并不完全明顯。這種蛋白質(zhì)有助于瘧疾寄生蟲在蚊子腸道中生存，并進(jìn)入傳播給人類所需的發(fā)育階段。因此，F(xiàn)REP1被認(rèn)為是瘧疾的“宿主因子”。

除了減少感染瘧疾的蚊子數(shù)量，通過刪除FREP1基因來消除這種宿主因子還有其他功能。在刪除FREP1后，大多數(shù)改良蚊子沒有證據(jù)表明子孢子寄生蟲通過其唾液腺中的蚊子叮咬進(jìn)入人類血液。

迪莫普洛斯說：“通過刪除FREP1，對瘧疾寄生蟲的抵抗力非常強(qiáng)?！叭绻艹晒Φ赜眠@些改良蚊子替代普通的野生蚊子，很可能會對瘧疾的傳播產(chǎn)生重大影響。

盡管科學(xué)家們一直致力于通過普通育種將DNA修飾迅速傳播到野生種群的“基因驅(qū)動”技術(shù)，但他們并沒有試圖用野生蚊子取代野生蚊子。利用CRISPR/Cas9的基因驅(qū)動DNA編輯能力，基本破解了受孕過程，將基因修飾推送給所有或幾乎所有被修飾動物的后代。例如，2016年，研究人員報(bào)告稱，他們創(chuàng)造了一種CRISPR/Cas9基因驅(qū)動因子，這種驅(qū)動因子迫使降低生育力的基因被改造成雌性岡比亞按蚊——如果在野外釋放，可以迅速減少當(dāng)?shù)氐陌次梅N群。

原則上，F(xiàn)REP1的缺失或失活也可以包含在基因驅(qū)動系統(tǒng)中。因?yàn)樗哪康牟皇墙档臀米拥慕】祷蚍敝衬芰Α档瓦_(dá)爾文的“適應(yīng)性”——frep 1失活會降低蚊子突變抵抗其影響的機(jī)會。

Dimopoulos和他的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，從按蚊中完全刪除FREP1確實(shí)會給改良后的蚊子帶來一些健康成本。與它們的野生近親相比，沒有FREP1的蚊子發(fā)育成成蟲的速度更慢，有機(jī)會的話不太可能吸食血粉，產(chǎn)卵也越來越少。

迪莫普洛斯說：“我們現(xiàn)在正在制造蚊子，其中FREP1僅在成人腸道中滅活。“我們預(yù)測，當(dāng)我們這樣做時(shí)，蚊子不會遭受同樣的健身成本。”

此外，他和他的團(tuán)隊(duì)正在使用他們的CRISPR/Cas9 DNA編輯平臺研究刪除其他潛在瘧疾宿主因子基因的效果，并了解這些宿主因子在蚊子中的作用。迪莫普洛斯說：“我們的重點(diǎn)不僅僅是制定瘧疾控制策略，還要更多地了解攜帶瘧疾的蚊子的生物學(xué)?！?

國家過敏和傳染病研究所、彭博慈善機(jī)構(gòu)、CNRS Inserm、斯特拉斯堡大學(xué)、國家教育研究所和約翰霍普金斯瘧疾研究所提供支持。

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