與真菌抗擊瘧疾:生物學家設計一種真菌對蚊子來說是致命的

與真菌抗擊瘧疾:生物學家設計一種真菌對蚊子來說是致命的 噴灑殺蟲劑殺死蚊子:蚊子是許多破壞性疾病的傳播媒介,如瘧疾。 Sukjanya / Shutterstock.com

蚊帳. 殺蟲劑。 無菌和轉基因昆蟲。 現在科學家正在增加一個 基因工程有毒真菌 用武器庫消滅攜帶瘧疾寄生蟲的蚊子。

雖然殺蟲劑和帶殺蟲劑的蚊帳是迄今為止最常用的兩種策略,但它們有效地降低了感染和死亡人數, 過去幾年全球瘧疾負擔未能下降。 在2017, 219萬人 感染了瘧疾,估計435,000死亡。 那是因為 蚊子正在發展對殺蟲劑的抵抗力.

與真菌抗擊瘧疾:生物學家設計一種真菌對蚊子來說是致命的 An 按蚊 蚊子從人類宿主那裡採取血粉。 正是在這些血液過程中,蚊子將瘧疾傳染給人類。 CDC

在我們針對瘧疾傳播蚊子的軍備競賽以及一般的害蟲和病原體中,抵抗的迅速演變是一個常見和反復出現的主題。 隨著時間的推移, 有機體突變並產生抗性 用於殺死它們的任何新藥。 難怪人類總是在失敗的一方; 這就是為什麼需要新武器的原因。 最新的一種是殺手真菌。

用兇手打擊殺手

作為一個 進化生物學家研究真菌,我熟悉這些生物在多種多樣的情況下造成毀滅性疾病的能力 植物 - 動物,包括人類。 雖然許多真菌病原體感染廣泛的宿主, 其他人只能攻擊少數人.

這種認識促使科學家們採取了一項新的抗擊瘧疾戰略:利用他們在自然界中遇到的真菌病原體感染和殺死傳播疾病的蚊子。 這不是真菌第一次被武器化。 事實上,這正是高度成功的生物農藥背後的策略, 綠色肌肉,它殺死了世界各地的蝗蟲和蚱蜢。

用它們的天然病原體感染蚊子 - 例如來自該屬的致病真菌 綠僵菌 - 是一種特別有吸引力的策略,因為與細菌或病毒病原體不同, 真菌只需與它們接觸即可感染蚊子 並且不必被攝取。 此外,真菌通常比傳統的化學殺蟲劑更環保。 但這種策略有效嗎?

十五年前, 坦桑尼亞農村的田間試驗顯示它可以。 通過在蚊子休息的房屋的天花板上懸掛接種殺蟲真菌的棉布,三分之一的蚊子被感染。 根據瘧疾傳播模型,這種感染率 可以通過75%減少瘧疾病例.

綠僵菌 菌類, 正如坦桑尼亞實地試驗所示,並不總是能夠感染他們的蚊子宿主。 並且,真菌感染通常需要幾天才能殺死蚊子。 在實驗室中,根據劑量的不同,真菌平均需要7到9天來殺死蚊子。 布萊恩洛維特,一名研究生 Ray St. Leger的實驗室Etienne Bilgo與之合作的博士後研究員 昆蟲學家Abdoulaye Diabate,他們認為他們可以感染更多的蚊子並更快地殺死它們。

怎麼樣? 通過使用經過基因改造的真菌產生一種名為“雜交”的毒素,該毒素特異性地攻擊節肢動物的神經系統,包括昆蟲及其親屬,如蜘蛛和甲殼類動物。 以前在同一團隊的2017實驗室實驗已經證明了這一點 這些轉基因真菌比未經修飾的真菌更快地殺死了蚊子.

現在最大的問題是它是否在自然界中起作用。

與真菌抗擊瘧疾:生物學家設計一種真菌對蚊子來說是致命的 MosquitoSphere團隊由論文作者和布基納法索Soumousso的當地志願者組成。 後排(從左到右):Etienne Bilgo,Oliver Zida,Bema Ouattara; 中排:BoureimaSaré,Judicael Zida,Brian Lovett,Moussa Ouattara,MichaÏlouSanfo和Bamory Ouattara; 前排:Yaya Ouattara和Jacques Gnambani。 布萊恩洛維特, CC BY-SA

轉基因真菌可以更快地殺死蚊子,使人口崩潰

為了降低現場測試帶來的風險,Lovett和Bilgo測試了他們的轉基因真菌“MosquitoSphere,“一個特別設計的大型屏蔽場,旨在與布基納法索Soumousso的室外條件緊密匹配。 通過設置含有轉基因毒素產生孢子的棉花小屋 綠僵菌 Lovett和Bilgo發現,兩種類型的小屋都感染了70%至80%的蚊子,真菌以及未經修飾的真菌作為對照。 但 與轉基因真菌的小屋裡的蚊子 平均五天內死亡,而未修改真菌的小屋內的蚊子在接近九天后死亡。

與真菌抗擊瘧疾:生物學家設計一種真菌對蚊子來說是致命的 布基納法索Soumousso的MosquitoSphere小屋,在那裡進行了轉基因殺手毒性真菌的實驗。 布萊恩洛維特

通過研究蚊子種群如何隨著時間的推移,他們也發現了這一點 轉基因真菌感染了多代蚊子。 在一個含有轉基因真菌的外殼中,1,500蚊子的初始種群在一個半月後崩潰至13。

承諾和風險

通過遺傳武裝已經致命的具有強毒素的真菌病原體,研究人員能夠顯著減少世界上瘧疾流行和蚊子對化學殺蟲劑具有抗性的部分蚊子“田間”種群。

迫切需要遏制瘧疾傳播,特別是在撒哈拉以南非洲地區 92%的病例和93%的死亡 發生。 美國環境保護署共同組建 批准雜交毒素 商標名稱為Versitude,並經批准使用未經修改 綠僵菌 真菌作為幾個非洲國家的“生物農藥”,可能為綠燈使用轉基因鋪平了道路 綠僵菌 真菌在抗擊瘧疾。

另一方面,釋放攜帶致命昆蟲毒素的真菌引起了對“非目標”昆蟲的無意傷害的擔憂。 綠僵菌 真菌只感染一小部分昆蟲和昆蟲 實驗中非目標昆蟲如蜜蜂,感染了轉基因和未經修飾的真菌都沒有影響蜜蜂的存活。 即使這種基因進入感染人類的真菌 - 一種極不可能的情況 - 它也不會對我們產生任​​何影響,因為這種毒素只適用於昆蟲。

限制在除生物體以外的生物體中產生雜交毒素的基因的傳播 綠僵菌 真菌是另一個潛在的問題。 一個安全預防措施可能是補充 減少生存的基因開關 在室內環境之外的真菌。 但也有幾個固有的特徵 綠僵菌 真菌 - 例如它們的大型,非空氣傳播和敏感的紫外線光孢子 - 可以減少分散的機會。

雖然有希望,但這種基本上用基因工程真菌中毒蚊子的策略並不能保證。 蚊子可能會對此產生抵抗力。 但是,每年都有成千上萬的人死於這場致命的抗病原體遊戲,也許唯一確定的是,就像我們的對手一樣,我們也需要不斷改進我們的戰略。談話

關於作者

Antonis Rokas,Cornelius Vanderbilt生物科學主席,生物科學和生物醫學信息學教授, 范德堡大學(Vanderbilt University)

本文重新發表 談話 根據知識共享許可。 閱讀 原創文章.

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