Name: 人口控制媒介种群和遗传的驱动器使用的Wolbachia pipientis替换策略 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2007-07-04T00:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 21 s
Description: 了解利用沃尔巴克氏体基因驱动系统控制蚊媒种群的方法。本研究探讨Wolbachia pipientis在疟疾防控中的遗传替换策略及其应用前景。

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作者无任何利益冲突需要披露。

种群替换策略在控制媒介种群中的应用及利用沃尔巴克氏菌实现基因驱动

Population Replacement Strategies for Controlling Vector Populations and the Use of Wolbachia pipientis for Genetic Drive

在本视频中，Jason Rasgon 讨论了用于控制疟疾和登革热等虫媒传播疾病的种群替换策略。“种群替换”是指用不具备病原体传播能力的媒介种群，替代具有病原体传播能力的野生媒介种群。目前已有多种理论策略可实现这一目标，其中之一是利用母系遗传的共生细菌沃尔巴克氏体（Wolbachia pipientis）。沃尔巴克氏体是一种广泛存在的生殖寄生菌，能够以牺牲宿主适应性为代价，通过自私性机制实现传播。Jason Rasgon 详细阐述了该共生细菌的基本生物学特性，以及将其应用于虫媒传播疾病控制的多种方法。

关键词：种群替换，虫媒传播疾病，疟疾，登革热，沃尔巴克氏体，Wolbachia pipientis，共生细菌，生殖寄生，母系遗传

在这次访谈中，Jason Rasgon 解释了基因驱动的概念以及有效基因驱动系统的特征。文章假设利用共生细菌沃尔巴克氏体（Wolbachia pipientis）作为将基因扩散到蚊子种群中的手段。

在本视频中，Jason Rasgon 讨论了用于控制疟疾和登革热等虫媒传播疾病的种群替换策略。“种群替换”

我叫Jason Rascon博士。我是约翰斯·霍普金斯大学布隆伯格公共卫生学院分子微生物学与免疫学系以及约翰斯·霍普金斯疟疾研究所的助理教授。我的研究主要关注媒介种群遗传学与媒介传播病原体流行病学之间的关系。因此，疟疾是当今世界上最重要的虫媒传染病。它是一种致命性疾病，每年导致的死亡人数在100万到300万之间，具体数据因统计来源而异。其中大多数是非洲五岁以下的儿童。因此，这是一个巨大的问题。这仅仅是就死亡率而言，此外，在发病率、公共卫生以及对受疫情影响地区的经济负担方面，也是一个重大问题。您知道，在南美洲、非洲和亚洲，这实际上是一个全球性问题，而且正在重新出现。因此，基因驱动系统从理论上使这些策略在经济上成为可能。其核心思想是，您基本上可以用极少数经过基因改造的昆虫来实现对整个种群的控制。而这种基因驱动机制会将该性状在种群中传播并达到较高的频率。可以这样理解：在正常情况下，假设你创造了一种转基因昆虫，它只携带一个拷贝的基因，因为这些昆虫通常是二倍体，每条染色体都有两个拷贝。如果它们仅因随机机会与野生型个体相遇，你预期其后代中有50%会具有该性状。而这些后代中的50%又会将该性状传递下去。因此，该性状会随着时间推移逐渐被稀释。基因驱动机制是指通过各种不同的策略或机制，使超过50%的后代携带该性状。因此，该性状的频率会随着时间推移而增加，而不是被稀释或保持不变。首先，我们需要一个基因驱动系统。目前在实验室之外并不存在真正可行的基因驱动系统。尽管有少数系统在受控程度很高的特定实验室条件下可以发挥作用，但我们确实还没有任何技术达到能够实际应用于自然野外种群的阶段。此外，当前正在考虑多种不同的基因驱动机制。它们各有优缺点，因此实际上并没有哪一种明显优于其他种类。沃巴赫氏菌（Wolbachia）是一种专性母系遗传的细菌，与立克次体（Rickettsia）关系密切，至少在生态演化过程中仅通过母体向子代垂直传播。因此，当母体被感染后，会产下被感染的后代，而雄性则不会被感染，并且在自然界中通过多种不同的机制传播。它可能是地球上分布最广泛的胞内共生细菌，据估计，在已知的所有昆虫中，高达75%都存在这种细菌。它以一种能够最大化其向下一代传播的方式来操控宿主的繁殖。由于对这种细菌而言，雄性属于传播的“死胡同”宿主，因此它会采取各种策略来增加感染雌性的数量。例如，在某些系统中，它会将遗传上的雄性转变为功能上的雌性，或者使雌性产生孤雌生殖能力，从而完全无需交配即可繁殖。它们只能产生被感染的雌性后代，而这些雌性后代同样会继续产生被感染的雌性后代。并且与蚊子有关。Akia 引发一种称为细胞质不相容性的现象。而雄性个体由于对这种细菌而言是“终末宿主”，因而被用作“特洛伊木马”，以降低种群中未感染雌性的适合度。因此，如果一只感染个体的雄性与一只未感染的雌性交配，就会导致该雌性不育；但感染个体的雌性则不受影响，无论它们与感染或未感染的雄性交配都能正常繁殖。因此，受感染的雌性会产生更多的后代，因为它们的所有交配都不会不育。这些后代也携带感染，并同样会产生更多的后代。这样一来，这种细菌便能在种群中迅速传播并达到很高的频率。因此，这一设想是利用Akia在种群中扩散的能力，将目的基因导入种群。随着Akia的传播，您所关注的基因（例如疟疾相关基因）将通过基因搭车效应随之扩散。Akia在昆虫中广泛存在。如果你观察蚊科中各个蚊属的蚊子，几乎每个蚊属都会受到感染。并非每个蚊属中的所有物种都会被感染，但在除按蚊属以外的每个蚊属中都存在一些受感染的物种。目前尚无已知的按蚊属自然感染病例。因此，不是anis，也不是gambier，也没有任何异常。这实际上是我研究团队的一个主要研究方向。我们正试图感染anis，而且已经能够至少证明wbaa可以感染anis gambier的细胞。因此在细胞培养中，我们正试图将这种方法从体外细胞培养系统转移到体内蚊虫系统，但目前尚未有人成功实现。因此，这相对简单。你有一笼不携带目标基因的蚊子，同时还有一种携带该基因的蚊子品系，假设该基因与Akia或其它基因驱动机制相连。你基本上是将实验种群中的蚊子以不同的频率引入到未接触过该基因的对照笼中，随后进行饲养，每一代随机取样，持续观察该基因在种群中频率随时间的变化情况。如此，你可以持续进行到特定的世代数为止。你可以持续进行到你的基因达到某个预定频率，或直到该基因丢失为止。这类实验在实验室中实际上非常简单直接，基本上就是像你通常所做的那样，每一代都重新培育蚊子。因此存在许多伦理方面的考量。我认为首要的一点是，我们必须确认，这项技术是否真的有效？是否比目前实际可用的策略更优越？许多人从本质上就普遍对转基因生物持不信任态度。因此，我们需要能够应对这一问题。当你将基因改造蚊子释放到某个希望引入的国家A时，而毗邻的国家B并不希望引入，这些蚊子并不会遵守国界。因此，如果基因驱动机制按照我们预期的方式发挥作用，该基因将会扩散，这些蚊子将把该基因传播到该物种分布范围内的几乎所有地区。因此，这类政治、伦理、社会及法律问题确实需要得到充分而彻底的解决。我们必须确保不会使情况变得更糟，而非改善。因此，在实际释放这些生物之前，我们确实需要全面了解环境中正在发生的一切。因此，再次强调，存在两类不同的障碍：一类是科学上的障碍，尽管严峻，但我们正在努力解决；另一类则是社会、伦理和法律方面的障碍。我认为，随着时间的推移，我们将能够解决这些科学问题。我的意思是，目前实际上还没有可在蚊子中发挥作用且具有适用性的基因驱动机制。尽管在果蝇（Drosophila）中已有一些非常近期的研究展现出良好的前景，但这些成果尚未被转移到蚊子中。但我认为，这些正是我们正在努力解决的问题。在过去十年到十五年间，我们已经取得了很大进展，未来十年我们还将取得更多进展。我真心认为，一旦我们拥有了适合释放的蚊子品系，那些最终可以解决的科学问题就不再成为障碍，人们需要真正允许我们进行释放。我认为，这类障碍将比科学问题本身困难得多，也更难克服。这将需要大量时间，而且最终人们可能 simply 不愿意接受它们。实际上，如果到了那个地步，我们能做的事情确实非常有限。因此总体而言，目前已有相当多的资金投入。我的意思是，我们当然始终需要更多经费，但众所周知，美国国立卫生研究院、世界卫生组织以及盖茨基金会都在媒介传播疾病领域投入了大量资金。特别是疟疾和登革热。我认为，就现有资金而言，数量已经相当可观。这些资金不应当全部投入到某一个特定领域，比如不应当全部用于转基因蚊子的研究。我们不应将所有资源都投入杀虫剂。但我们确实需要以某种方式使我们的策略多样化，并真正尝试从各个角度来解决这一问题。不过，相关资金是存在的。我的意思是，目前对所有人来说，资金都很难获得，但是。

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