科研 | Nat Commun: 基因技术防控蚊媒疾病

2021

08/04

微生态

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蚊虫是登革热、疟疾等疾病的重要传播媒介，给全球健康造成重大威胁。

导读

蚊虫是登革热、疟疾等疾病的重要传播媒介，给全球健康造成重大威胁。作者针对生物防控和基因工程技术对蚊虫防控开展讨论，并围绕两种新防控策略论述其最新的研究进展。研究结果表明，生物防控利用沃尔巴克氏菌(Wolbachia) 进行垂直传播来阻断病原体，而基因工程则通过改变蚊子基因来抑制种群。Wolbachia和转基因工程技术防控策略有望替代传统的蚊媒疾病防控方法。

论文ID

原名：Combating mosquito-borne diseases using genetic control technologies

译名：基因技术防控蚊媒疾病

期刊：Nature Communications

IF：14.919

发表时间：2021.07.19

第一作者：王关红

第一作者单位：加州大学圣地亚哥分校；中国科学院动物研究所

通讯作者：Omar S. Akbari

通讯作者单位：加州大学圣地亚哥分校

主要内容

图1 沃尔巴克氏菌诱导的胞质不相容(CI)

蚊虫通过孤雌生殖，实现从母体到后代的传播。当感染Wolbachia的雌性与未感染的雄性交配时，不产卵，只与感染相同菌株的雄性交配时才产生可存活的后代。Wolbachia也可降低未感染雌性的种群适应性，使得雌性获得繁殖优势并得以传播。

图2 基因驱动

以基因驱动为基础，可以实现非孟德尔遗传。沃尔巴克氏菌的传播与基因驱动具有相似的结果，基因驱动(GD)通过遗传在群体中传播，蚊媒病原体对受感染蚊虫的不良影响较小。但GDs不一定赋予携带者选择性优势，尽管过量释放已经足够，但通常需要与GDs联系起来，以便大规模应用。

图3 基于Wolbachia和转基因蚊子的种群抑制和种群改造

(A)Wolbachia和转基因蚊子的种群抑制方法。感染Wolbachia的雄性通过CI效应抑制蚊子繁殖。基于转基因方法，编辑蚊子基因诱导不同生长时期蚊子的致病性。蚊子数量降低将会减少病原体的传播。(B)Wolbachia和转基因蚊子的种群改造方法。Wolbachia具阻断病原的能力，可修饰蚊子种群的抗病特性。感染Wolbachia的雌性具有生殖优势，并阻断病原体传播到野生种群。在基于转基因的方法中，可通过机制 (RNAi、先天免疫通路的过表达等)来抑制特定病原。当与基因驱动相关联时，这些策略将传播到整个蚊子种群中。

图4 转基因蚊子抑制和修饰方法

(A) 基因驱动(GD)抑制方法利用性别鉴定途径产生可繁殖雄性和无菌雌性。(B) 性畸变基因GD被编辑进入dsx并表达内切酶，对雄性的高性别偏见比率使种群崩溃。(C) RIDL由主导致病基因组成，利用关闭操作子系统的修饰成分进行限制。在没有四环素的情况下，反式激活因子（TtaV，绿色）和结合操纵子序列（橙色）以组织和时间特异性的方式诱导毒性产物的表达。高浓度的有毒物质具致死性。(D) fsRIDL方法增加了性别特异性。性别特异性内含子确保TTaV蛋白只在雌性的飞行肌肉中表达，以防止感染。(E) pgSIT在蚊子中的潜在应用。携带Cas9编码成分和gRNAs的转基因蚊子，靶向性别确定基因，将产生不育雄性后代。(F)自限制性分裂驱动器。分离Cas9和gRNA/GD元件成分可实现安全、自限制系统。(G) 编码GD防止与干扰两个kh基因的负荷。(H) 具有少量成分的非自治GD在蚊肠道中产生抗菌肽，以抑制疟原虫。(I) 靶向疟原虫多阶段效应子转基因。含有五种抗菌肽的转基因可在血餐后表达。在另一种配置中，与抗菌肽连接的单链抗体是有效的。(J) 转基因产生小RNA，以诱导蚊子的RNAi通路靶向并抑制登革热病毒血清型(DENV-3)和基孔肯亚病毒(CHIKV)的复制和传播。(K) 抗DENV转基因表达单链抗体，以赋予对四种DENV血清型的抗药性。(L) 抗寨卡病毒(ZIKV)转基因使用8个合成的小RNAs来诱导RNAi通路对抗ZIKV。