创新背景

疟疾是一种具有很强的破坏性的疾病之一。尽管近几十年来疟疾的病例有所减少，但实际上近几年来消除疟疾的挑战反而加剧了：2019年仍有2.29亿例疟疾病例，2021年的疟疾病例数量更是达到了2.41亿，造成了62.7万人死亡。其中一项重要的原因是疟疾寄生虫对杀虫剂耐药性的提高，以及撒哈拉以南非洲部分地区的资金缺口很大。
此外，研究人员估计，2020年，新冠肺炎疫情导致的各种研究和工作的中断可能使疟疾死亡率翻了一番，可能导致几十年的倒退。

创新过程

由伦敦帝国理工学院、Polo GGB和利物浦热带医学院的研究人员领导的研究小组，在为期一年的模拟自然环境的实验中，成功抑制了一种携带疟疾的蚊子的数量。

这是基因驱动首次在具有挑战性的生态条件下进行的长时间测试中显示出预期的效果。研究结果于2021年7月28日发表在《自然通讯》杂志上。

针对雌性按蚊生育能力的基因改造

该研究小组有选择地将特定的冈比亚按蚊作为目标，这种蚊子是撒哈拉以南非洲地区传播疟疾的主要原因。全世界大约有3500种蚊子，其中很小一部分会携带疟疾，只有少数几种蚊子会造成绝大多数疟疾病例。

研究人员希望将携带基因驱动的蚊子释放，来传播一种削弱雌性按蚊生育能力的改造基因，最终减少携带疟疾的蚊子的总数，以达到预防疟疾传播的目的。

此前，帝国理工大学的研究人员证明，他们的基因驱动技术可以在7-11代内使小笼子里的冈比亚蛛种群崩溃，因为一旦基因驱动传播到所有个体，就不会产生更多的后代。

然而，为了测试基因驱动在现实条件下是否仍然会传播并导致同样的种群抑制，该团队在位于意大利特尔尼的Polo GGB密闭实验室中模拟蚊子的自然栖息地，并在此测试该技术。

模拟自然条件的实验

在模拟自然环境的大型室内笼子中进行试验，是世界卫生组织(who)和美国国立卫生研究院基金会(Foundation for the National Institutes of Health)建议的开发路径的关键一步，目的是在开放释放前，在物理封闭的实验室中评估基因驱动技术的有效性和安全性。

如果要用于病媒控制，释放到野外的任何蚊子品系都必须能够与野生种群竞争。用于研究的大笼子里有数百只不同年龄的蚊子，代表了一个更自然、更复杂的种群结构。

特制的蚊子笼还以小型测试设施无法达到的方式模拟自然条件，诱使蚊子进行复杂的交配、休息、觅食和产卵行为，而这些行为在小型笼子中是不可能实现的。

这不仅通过控制温度和湿度，还通过提供自然地标和专门的照明来模拟日出和日落，并诱导蚊群聚集。

携带这种基因驱动元件的转基因蚊子被释放的初始频率分别为12.5%和25%，研究人员追踪了这种元件传播的速度及其对雌性生育能力和最终数量下降的影响。

他们发现，每个笼子(两个初始频率为12.5%，两个初始频率为25%)都表现出基因驱动的快速传播，并在一年内实现种群的完全崩溃。

本研究中使用的大型保持架的设计

克服抗药性阻力

基因驱动发展的一个主要障碍是出现了对该技术具有抗药性的突变。然而，这里测试的菌株是第一个也是唯一一个在小型或大规模测试中没有表现出耐药性迹象的菌株——没有出现新的自然修饰来抵消基因驱动的影响。

大笼试验是将携带基因驱动的蚊子释放到野外的一个重要步骤，但该团队强调，在可以规划现场评估之前，仍有安全和有效性测试和潜在的技术开发，包括更全面的耐药性测试和环境风险评估。

研究人员表示，从这项研究中获得的数据对于未来的模型将是无价的，该模型旨在预测基因驱动在特定地区的传播，例如在已经建立了测试设施的布基纳法索的实地站点。

创新关键点

帝国理工学院的研究团队通过基因改造，削弱了在撒哈拉以南非洲地区传播疟疾的主要元凶——冈比亚按蚊的生育能力，然后将该改造基因在按蚊间传播，有效减少了携带疟疾的蚊子的数量。