基因工程真菌利用蝎子毒素消灭致命蚊子

一个孢子就能做到杀虫剂做不到的事。
疟疾通常是通过一种叫做恶性疟原虫的寄生虫感染的蚊子传播的。Flckr CC by Yasser

蚊子不仅仅是恼人的夏季害虫:它们还会使全球近一半人口面临疟疾风险,每年感染约3亿人。随着杀虫剂使用量的增加,那些已经进化出抗药性的吸血小虫种群带来了新的风险。

马里兰大学的一项新研究展示了如何通过一种基因改造的、能够产生蜘蛛和蝎子毒素的杀蚊真菌来帮助解决这种杀虫剂抗药性困境。

“世界卫生组织呼吁采取新方法、新型杀虫剂,以及新的方法来压制蚊子,”共同作者、昆虫学教授Raymond John St. Leger说。“我们的产品,我们的转基因产品,就是被要求实现的成果之一。”

这项研究中使用的真菌Metarhizium pingshaensei是一种已知的蚊子杀手。然而,真菌自然完成任务需要相当长的时间。

“真菌通常需要很长时间,因为它要耗尽昆虫的资源,”St. Leger说。

St. Leger和他的同事们希望加快这一过程,于是他们利用来自北非沙漠蝎子Androctonus australis和澳大利亚蓝山漏斗网蜘蛛Hadronyche versuta两种毒素创造了转基因真菌菌株。蝎子毒素会阻断钠离子通道,而蜘蛛毒素会阻断钾离子和钙离子通道,其作用超过了普通杀虫剂。有了这些毒素的加入,一个真菌孢子就足以感染并杀死一只蚊子。St. Leger说,这几乎是最好的结果了。

研究报告称,甚至在死亡之前,在五天内,几乎100%被杂交真菌感染的昆虫就无法传播疟疾,这超过了世界卫生组织对成功病媒控制剂的标准。

Mosquito on fungus-infected black sheet.
一只不幸的蚊子即将结束生命——它停留在涂有真菌的床单上。Brian Lovett

最好的部分是什么?这些毒素已经获得了美国环保局的批准,并且它们只影响目标昆虫,因为使用了非常特异的启动子,这些启动子只在昆虫的血液(在对蜜蜂的测试中,工程真菌菌株没有造成伤害)中驱动毒素的表达。这意味着毒素不应该能够失控。

马里兰大学的研究团队与布基纳法索博博-迪乌拉索的健康科学研究/穆拉兹中心(Institut de Recherche en Sciences de la Santé/Centre Muraz)的科学家们合作。共同作者、研究生Brian Lovett说,该研究所对杀虫剂处理过的蚊帐的发展起到了重要作用。

Lovett说:“这个地区尤其经历了类似杀虫剂处理过的蚊帐这种新技术的兴起,这项技术对该地区的疟疾控制起到了很大的作用,但随着抗药性的抬头,他们也目睹了它的衰落。“我们正在开发的这类新技术,有望能够与其他正在开发的技术良好结合。”

St. Leger说,真菌被悬浮在当地可获得的芝麻油中,然后将其涂抹在当地可获得的黑色床单上,并挂在房子里。蚊子会被黑色吸引,如果它们停留在床单上,就会沾染真菌感染,最终走向死亡。

研究人员将很快在一个用网制成的围栏中测试孢子对蚊子的效果,并测试真菌对诸如蠓和蚊子等相似物种的效果。St. Leger说,与可能受益于该产品的民众保持开放的对话也很重要。

“我们一直在进行更多的安全测试,并与人们进行沟通,”他说。“当地民众、该领域的专家、政府。但在商业术语中,这被称为利益相关者,也就是将受到我们技术影响的人。”

 

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Sara Kiley Watson 是 Popular Science 的撰稿人,自 2021 年起负责可持续发展报道。她于 2017 年作为实习生开始在 PopSci 工作,并于 2019 年全职加入团队担任编辑助理。


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