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探寻消灭蚊子的科学武器

作者:佚名 2015-08-06 浏览: 1,603 评论:0

摘要: 蚊子的“雌雄转换”成为现实 最近,美国弗吉尼亚理工大学的研究人员们声称已经从埃及伊蚊身上找到了决定蚊子性别的基因,称其为“Nix”,并已用它来改变雌蚊身上的性器官。研究人员把Nix基因注入到蚊子的胚胎中后,超过三分之二的雌蚊长出了雄性生殖器和睾丸。然后,研究小...

蚊子的“雌雄转换”成为现实

最近,美国弗吉尼亚理工大学的研究人员们声称已经从埃及伊蚊身上找到了决定蚊子性别的基因,称其为“Nix”,并已用它来改变雌蚊身上的性器官。研究人员把Nix基因注入到蚊子的胚胎中后,超过三分之二的雌蚊长出了雄性生殖器和睾丸。然后,研究小组又把Nix基因从雄蚊的身上移除,之后它们长出了雌性生殖器。

探寻消灭蚊子的科学武器

70年前,科学家就知道有一种基因控制着蚊子的性别,但是没有人能找到这种基因。弗吉尼亚理工大学的研究人员们通过大量的电脑分析,找到了这种天然存在于雄蚊体内的基因。接着,他们利用CRISPR-Cas9这种基因编辑工具使雄蚊子体内的这种基因失活,令其长出了雌蚊的性器官。这项研究为控制蚊子性别的策略提供了依据,即可以将吸血鬼雌蚊转化成无害的雄蚊。但研究人员认为,他们的方法目前尚不完善,可能还需要几年的时间去优化。

探寻消灭蚊子的科学武器

野生蚊子(WT)与经过基因技术处理的蚊子(Nix)生殖器官的比较

让蚊子全部生雄性后代

其实,科学家一直都在尝试在基因层面上寻找降低蚊子危害的办法。例如,在2014年发表的一篇论文中,英国帝国理工学院的研究人员开发出了一种新的基因方法来防治疟疾,该方法可使蚊子不再繁殖出雌性后代。我们知道,雄性精子中的X染色体可以决定它的后代为雌性,针对这个特点,研究者把一种名为“I-PpoI”的DNA切割酶植入了雄性冈比亚按蚊的体内,如此一来,雄性冈比亚按蚊所携带的X染色体几乎全部被剔除,这就意味着这种经过基因处理的雄蚊的后代几乎都是雄性蚊子。数据显示,在第一次实验室实验中,蚊子所繁殖后代中的95%是雄蚊。随后,研究人员从野外捕获了5 群冈比亚按蚊进行实验,结果有4群蚊子在经过6代繁育后由于不再有雌蚊而灭绝。

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I–PpoI二聚体结构

破坏蚊子嗅觉的努力

或许,前面这些让蚊子彻底断送香火的做法有点残忍,那么接下来,科学家的策略就显得“人性化”多了。对于蚊子来说,嗅觉极为重要,是其觅食、吸血、寻偶、产卵的依靠。

蚊子的触角是感受气味的主要器官。雌性冈比亚按蚊的触角具有四种类型的薄壁感受器,分别为毛形感受器、锥形感受器、腔锥形感受器以及瓶形感受器。电生理和行为学研究表明,用于感受气味分子的感受器主要是毛形和锥形感受器,其中,毛形感受器对人体气味的微量物质具有很强的敏感性,而锥形感受器是仅次于毛形感器的另一类重要的嗅觉感受器,对人体散发在空气中的重要物质——乳酸和氨水具有很强的敏感性。腔锥形感受器和瓶形感受器是温度感受器,用于感知人体周围空气的温湿梯度。

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环境中的气味分子进入感受器后,在感受器中运输或扩散开,当气味分子与受体蛋白结合以后,便激活了神经元的一系列活动,最终使蚊子感知到气味,整个过程除了气味受体结合蛋白以外,还有嗅觉受体蛋白和气味降解酶等参与其中。所以说,为什么蚊子对出汗多的人情有独钟,那是因为汗液中的乳酸、氨类等化合物尤其容易被蚊子感知到。

针对蚊子的嗅觉特性,科研组使用了一项名为锌指核酸酶的技术。根据这项技术, 用结合蛋白质可破坏蚊子体内的orco基因。orco是一个编码蚊子体内嗅觉受体的基因,当orco产生突变时,蚊子就不会再组建嗅觉受体。这相当于破坏了他们的嗅觉,使蚊子不再把人类当作攻击目标。甚至,它们对避蚊胺的气味也变得毫不在意。

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来自“嗅觉原理”的灵感

人类发明的杀虫剂曾经是蚊子的一大杀手,但是由于被长期大量的使用,蚊子的耐药性也不断增强,而且,杀虫剂的生产及使用对环境也有污染破坏。因此,很多研究者倾向于制造出,包括蚊子在内的昆虫嗅到后产生驱避而不敢接近的化学物质(驱避剂)。正是因为蚊虫是被人类的身体热量、呼出的二氧化碳,还有人体散发的气味(主要包括乳酸、1-辛烯-3-醇)强烈吸引而搜寻到宿主,所以几乎所有蚊虫驱避剂都是通过影响蚊虫的嗅觉感知机制,从而诱导出蚊虫的驱避行为。驱避剂可以从植物的茎、叶、花、果中提取,也可以用化学合成方法获得。

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避蚊胺

避蚊胺是美国农业部在上个世纪开发出的一种化学驱蚊产品,其驱蚊效果得到了国际公认。近年来,有人把避蚊胺制成微胶囊,避蚊胺分子从微胶囊的孔道中释放出来,这样既可以延长其使用的时间,又能减少人体皮肤对避蚊胺的吸收量。更一步的,纺织专家将包裹有驱蚊剂的微胶囊附着在纤维上,这样就可以生产制造出带有驱蚊功能的衣服、袜子。

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被放大1000倍的避蚊胺微胶囊

但是,也有研究表明,当人体有复杂气味存在时,避蚊胺反而显著增强蚊子向宿主飞行的概率。而美国科学家新开发的代号为“VUAA1”的化学分子,其驱蚊效果不仅是避蚊胺的1000倍,而且阐释了一种全新的驱蚊机制。以避蚊胺为代表的传统驱蚊机制,都是让蚊子优先闻到驱避剂,以掩饰人体气味,当蚊子闻到驱避剂后便主动避开。而VUAA1的作用在于,它能激发蚊子的嗅觉系统中的受体蛋白产生一系列反应,从而使蚊虫基本丧失嗅觉的分辨能力,从而无法正常搜寻到人体。

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VUAA1

通过这些例子,我们可以看到科学家们为控制蚊子危害所做的不懈努力,也可以感受到科学的强大力量。不过,历史上曾经有很多雄心勃勃的科学计划在人们的翘首企盼中没了下文,但所有这些努力至少也给控制蚊虫和蚊虫带来的传染疾病带来了很大的希望。