与真菌抗击疟疾:生物学家设计一种真菌对蚊子来说是致命的

与真菌抗击疟疾:生物学家设计一种真菌对蚊子来说是致命的 喷洒杀虫剂杀死蚊子:蚊子是许多破坏性疾病的传播媒介,如疟疾。 Sukjanya / Shutterstock.com

蚊帐. 杀虫剂。 无菌和转基因昆虫。 现在科学家正在增加一个 基因工程有毒真菌 用武器库消灭携带疟疾寄生虫的蚊子。

虽然杀虫剂和带杀虫剂的蚊帐是迄今为止最常用的两种策略,但它们有效地降低了感染和死亡人数, 过去几年全球疟疾负担未能下降。 在2017, 219万人 感染了疟疾,估计435,000死亡。 那是因为 蚊子正在发展对杀虫剂的抵抗力.

与真菌抗击疟疾:生物学家设计一种真菌对蚊子来说是致命的 An 疟蚊 蚊子从人类宿主那里采取血粉。 正是在这些血液过程中,蚊子将疟疾传染给人类。 疾病预防控制中心

在我们针对疟疾传播蚊子的军备竞赛以及一般的害虫和病原体中,抵抗的迅速演变是一个常见和反复出现的主题。 随着时间的推移, 有机体突变并产生抗性 用于杀死它们的任何新药。 难怪人类总是在失败的一方; 这就是为什么需要新武器的原因。 最新的一种是杀手真菌。

用凶手打击杀手

作为一个 进化生物学家研究真菌,我熟悉这些生物在多种多样的情况下造成毁灭性疾病的能力 工厂动物,包括人类。 虽然许多真菌病原体感染广泛的宿主, 其他人只能攻击少数人.

这种认识促使科学家们采取了一项新的抗击疟疾战略:利用他们在自然界中遇到的真菌病原体感染和杀死传播疾病的蚊子。 这不是真菌第一次被武器化。 事实上,这正是高度成功的生物农药背后的策略, 绿色肌肉,它杀死了世界各地的蝗虫和蚱蜢。

用它们的天然病原体感染蚊子 - 例如来自该属的致病真菌 绿僵菌 - 是一种特别有吸引力的策略,因为与细菌或病毒病原体不同, 真菌只需与它们接触即可感染蚊子 并且不必被摄取。 此外,真菌通常比传统的化学杀虫剂更环保。 但这种策略有效吗?

十五年前, 坦桑尼亚农村的田间试验显示它可以。 通过在蚊子休息的房屋的天花板上悬挂接种杀虫真菌的棉布,三分之一的蚊子被感染。 根据疟疾传播模型,这种感染率 可以通过75%减少疟疾病例.

但是, 绿僵菌 菌类, 正如坦桑尼亚实地试验所示,并不总是能够感染他们的蚊子宿主。 并且,真菌感染通常需要几天才能杀死蚊子。 在实验室中,根据剂量的不同,真菌平均需要7到9天来杀死蚊子。 布莱恩洛维特,一名研究生 Ray St. Leger的实验室Etienne Bilgo与之合作的博士后研究员 昆虫学家Abdoulaye Diabate,他们认为他们可以感染更多的蚊子并更快地杀死它们。

怎么样? 通过使用经过基因改造的真菌产生一种名为“杂交”的毒素,该毒素特异性地攻击节肢动物的神经系统,包括昆虫及其亲属,如蜘蛛和甲壳类动物。 以前在同一团队的2017实验室实验已经证明了这一点 这些转基因真菌比未经修饰的真菌更快地杀死了蚊子.

现在最大的问题是它是否在自然界中起作用。

与真菌抗击疟疾:生物学家设计一种真菌对蚊子来说是致命的 MosquitoSphere团队由论文作者和布基纳法索Soumousso的当地志愿者组成。 后排(从左到右):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。 布莱恩洛维特, 创用CC BY-SA

转基因真菌可以更快地杀死蚊子,使人口崩溃

为了降低现场测试带来的风险,Lovett和Bilgo测试了他们的转基因真菌“MosquitoSphere,“一个特别设计的大型屏蔽场,旨在与布基纳法索Soumousso的室外条件紧密匹配。 通过设置含有转基因毒素产生孢子的棉花小屋 绿僵菌 Lovett和Bilgo发现,两种类型的小屋都感染了70%至80%的蚊子,真菌以及未经修饰的真菌作为对照。 但 与转基因真菌的小屋里的蚊子 平均五天内死亡,而未修改真菌的小屋内的蚊子在接近九天后死亡。

与真菌抗击疟疾:生物学家设计一种真菌对蚊子来说是致命的 布基纳法索Soumousso的MosquitoSphere小屋,在那里进行了转基因杀手毒性真菌的实验。 布莱恩洛维特

通过研究蚊子种群如何随着时间的推移,他们也发现了这一点 转基因真菌感染了多代蚊子。 在一个含有转基因真菌的外壳中,1,500蚊子的初始种群在一个半月后坍塌到仅仅是13。

承诺和风险

通过遗传武装已经致命的具有强毒素的真菌病原体,研究人员能够显着减少世界上疟疾流行和蚊子对化学杀虫剂具有抗性的部分蚊子“田间”种群。

迫切需要遏制疟疾传播,特别是在撒哈拉以南非洲地区 92%的病例和93%的死亡 发生。 美国环境保护署共同组建 批准杂交毒素 商标名称为Versitude,并经批准使用未经修改 绿僵菌 真菌作为几个非洲国家的“生物农药”,可能为绿灯使用转基因铺平了道路 绿僵菌 真菌在抗击疟疾。

另一方面,释放携带致命昆虫毒素的真菌引起了对“非目标”昆虫的无意伤害的担忧。 绿僵菌 真菌只感染一小部分昆虫和昆虫 实验中非目标昆虫如蜜蜂,感染了转基因和未经修饰的真菌都没有影响蜜蜂的存活。 即使这种基因进入感染人类的​​真菌 - 一种极不可能的情况 - 它也不会对我们产生任何影响,因为这种毒素只适用于昆虫。

限制在除生物体以外的生物体中产生杂交毒素的基因的传播 绿僵菌 真菌是另一个潜在的问题。 一个安全预防措施可能是补充 减少生存的基因开关 在室内环境之外的真菌。 但也有几个固有的特征 绿僵菌 真菌 - 例如它们的大型,非空气传播和敏感的紫外线光孢子 - 可以减少分散的机会。

虽然有希望,但这种基本上用基因工程真菌中毒蚊子的策略并不能保证。 蚊子可能会对此产生抵抗力。 但是,每年都有成千上万的人死于这场致命的抗病原体游戏,也许唯一确定的是,就像我们的对手一样,我们也需要不断改进我们的战略。谈话

关于作者

Antonis Rokas,Cornelius Vanderbilt生物科学主席,生物科学和生物医学信息学教授, 范德比尔特大学

本文重新发表 谈话 根据知识共享许可。 阅读 原创文章.

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