讓蚊子「斷子絕孫」!內地教授研究基因「黑科技」令雌蚊全變雄蚊
陳曉光至今記得1985年那個讓他糾結萬分的春天。第一軍醫大學(現南方醫科大學)的保送研究生名單下來了,他名列其中。可一道規定讓他傻了眼——應屆生不准考臨牀,只能去基礎專業。他被分配到寄生蟲學研究室。
「當時真的很痛苦。」陳曉光回憶:「學醫的誰不想當醫生?懸壺濟世,很體面。」
這個「被迫」走上公共衛生之路的年輕人,如今已是國務院政府特殊津貼專家、南方醫科大學公共衛生學院教授。20多年來,他和蚊子較上了勁,不僅首先揭示了全球首個白紋伊蚊全基因組序列,還正在研究一項可能顛覆人蚊「戰爭」格局的「黑科技」——基因驅動技術,簡單說就是:把雌蚊變成雄蚊,讓蚊子「生不出女兒」,吸不了血,傳不了代,最終讓蚊群「斷子絕孫」、自行崩潰。
這條路,他是怎麼想到的?又是怎麼一步步走過來的?
被「逼」出來的蚊蟲專家
1985年,中國的大學生還是「天之驕子」,研究生更是鳳毛麟角。保送讀研的機會擺在面前,放棄?捨不得。讀?又不是自己想要的專業。
「當時特別糾結,彷徨了很久」,陳曉光說,「最後還是說服自己讀了」。碩士三年,他天天和蚊子、蒼蠅、寄生蟲打交道。「剛開始真的不喜歡,覺得枯燥。別人做臨牀的,病人治好了多有成就感。我呢?整天在實驗室裏看蚊子。」
轉機出現在他發現一個「不解之謎」時。廣東常年被登革熱困擾。政府年年投入巨資滅蚊,可蚊子似乎「越滅越多」。2014年廣東暴發大規模登革熱疫情,僅廣州就有近一半面積噴灑了殺蟲劑,花費近2億元(人民幣,下同)。
「我就想:為什麼?」陳曉光說:「我們對傳染病太熟悉了——傳染源、傳播途徑、易感人群,三個環節切斷一個就行。可登革熱呢?輸入性病例防不住,疫苗還沒有,特效藥也沒有。唯一能下手的就是蚊蟲。可蚊蟲的生命力太強了。」
蚊子在地球上已生存超過一億年,而人類譜系的歷史不過數百萬年。讓陳曉光警覺的是:2015年到2017年,他在廣州不同區域採集白紋伊蚊標本測試,發現蚊子對常用的擬除蟲菊酯類殺蟲劑已經產生「高抗性」。實驗室數據更驚人:只要六代,也就是六個月,蚊子就能進化出抗藥性。
「你想想,一萬隻蚊子裏可能有一隻恰好基因突變,能抵抗殺蟲劑。這一隻活下來,它的後代全帶著抗性基因,幾個月就把『耐藥基因』傳遍了整個種群。我們不能一直依賴殺蟲劑,我們更需要一種革命性的技術。」他說。
讀懂蚊子的基因組「天書」
2010年,陳曉光有個想法,能不能把白紋伊蚊的基因組弄清楚。
你要打贏一場戰爭,總得把對手拆解清楚吧?
然而,他自己也沒預料到這個工作的難度。「蚊子的基因組有多大?相當於人類的三分之二,有大量的基因儲備——這就是蚊子能生存一億多年的『秘密武器』。而且它的基因組裏重複片段極多,幾百個片段完全一樣,像一本重複印刷了幾百遍的厚書。我們測了625倍的覆蓋度,還建了10kb的長片段庫,才終於把它搞清楚。」前後花了五年,投入了約400萬元,當時這筆鉅款是很多人不敢想像的。
功夫不負有心人,2015年,陳曉光團隊完成全球首個白紋伊蚊全基因組序列測序,成果發表在國際著名學術期刊上。讀懂基因組的「天書」後,陳曉光終於找到了三個關鍵突破口:
第一,搞清楚了蚊子的性別決定機制。蚊子有一個「雄性決定基因」,只要動一動這個基因,雌蚊也能變成雄蚊。第二,搞清楚了蚊子的嗅覺機制。蚊子長距離尋找「血源」,靠的是觸角上的嗅覺受體。人呼出的二氧化碳、皮膚散發的氣味分子,都是它的「導航信號」。第三,搞清楚了蚊子的「五星級產房」偏好。白紋伊蚊喜歡黑色、小積水、安靜的環境。一個廢棄的輪胎內側,就能讓它的卵安然度過幾個月旱季,一場雨一下,五到七天就能羽化成蚊。
「其實,只有基礎研究做紮實了,才能給應用研究指明方向。」陳曉光說出了科研實踐的真正意義。
把蚊子工廠變成「男人國」
有了基因組這把「鑰匙」,陳曉光開始構思一個顛覆性方案。「其實原理並不複雜,因為吸血的只有雌蚊,而且雌蚊一生只交配一次,如果讓雌蚊越來越少,蚊群不就越來越小?」陳曉光說,傳統的做法是「絕育雄蚊」——放出去的不育雄蚊和雌蚊交配後,雌蚊產下的卵無法孵化。但這方法有個缺點:需要持續大量釋放,成本高,而且不育雄蚊在野外通常競爭不過野生雄蚊。
陳曉光走了另一條路:基因驅動。研究團隊藉助基因編輯技術構建了一個「雄性決定基因元件」,在蚊卵早期胚胎階段將其導入白紋伊蚊的基因組中,胚胎的性別發育通路隨即被重新調控,最終大多發育為雄蚊。更重要的是,這一基因元件具備「超孟德爾遺傳」特性——向後代遺傳的概率不是常規的50%,而是高達75%甚至更高,能在野外蚊群中快速擴散,代代相傳後,種群後代將以雄蚊為主。
到底何意?陳曉光說,這個技術就是讓轉基因雄蚊和野生型雌蚊交配後,第一代雄雌比例從1:1變成了3:1(三雄一雌);第二代變成8:1;第三代變成15:1;這樣逐代繁殖下去,雄蚊數目越來越多,雌蚊數目越來越少,最終蚊子的生殖繁衍會受到影響、種群可能消亡。他們實驗室的小籠實驗研究顯示:到第六代,種群數量被壓縮了60%;到第十代,壓縮了90%。
而且這種轉基因雄蚊的「競爭力」極強——長得快、個頭大、「性慾強」,交配有優先權,能輕鬆競爭過野生雄蚊。其實驗室小籠實驗研究顯示:到第二代,轉基因雄蚊就可以100%取代野生型雄蚊。更重要的是,雄蚊只能與同種的雌蚊交配,而且雌蚊一生只交配一次,一旦和轉基因雄蚊交配,它的「一生」就註定了:後代裏幾乎全是雄蚊,雌蚊越來越少,最終無法有效交配。
「我們在實驗室已經實現了從源頭破壞蚊子繁殖能力的目標。」陳曉光說:「這可能是控制媒介蚊蟲、防治蚊媒傳染病的革命性措施。」
「滅蚊會不會破壞生態?」
這是陳曉光被問得最多的問題。「我們在乎,而且這個問題非常重要。」陳曉光說:「任何一項新技術,不但要探索其有效性,更要論證其安全性。」
他給記者講了DDT(有機氯類殺蟲劑)的故事。20世紀,DDT曾被譽為「滅蚊曙光」,瘧疾發病率一度降低了35%。可它難以降解,在土壤、水體、生物中廣泛殘留,魚蝦受影響,鳥受影響,整個食物鏈都受到衝擊——這就是《寂靜的春天》裏描述的場景。
「但我們現在的技術和DDT完全不一樣。」陳曉光說,現代殺蟲劑大多容易降解;而基因驅動技術更是「精準打擊」——只針對特定蚊種,而且一旦發現問題可隨時終止。更重要的是,白紋伊蚊在整個生態鏈中並沒有「不可替代」的位置。「全世界昆蟲佔所有物種的80%,蚊蟲只是其中極小一類。全世界蚊子近4000種,能傳播疾病的不到100種。白紋伊蚊又是這100種中的一種,而且它的分佈有地域特徵,生態位並不獨特。」
「蚊子的確是一些鳥類、魚類的食物,但都不是唯一食物。」陳曉光說,「我們的目標也不是徹底滅絕蚊子,而是把它的密度降低到不足以引發大規模傳染病的程度,降低到不騷擾人的正常生活。」
「從目前的研究看,這個目標不會對生態造成任何災難性後果。當然,一切認識都在深化,這也是我們反覆論證、希望下一步能在封閉環境下做這項技術的有效性和安全性測試的原因。」
「沒有不好的專業 只有走不通的路」
在陳曉光辦公室,有一隻被放大1萬倍的蚊子模型,特別精緻。而他社交媒體微信朋友圈的頭像也是一隻蚊子。顯然,他很熱愛他的滅蚊事業。
從「被迫」入行公共衛生,到很享受與蚊蟲打交道,這中間到底發生了什麼?他笑着對記者說:「一開始也很枯燥苦惱,但做着做着,沉下心來,就發現很有趣。所以,人生不在於選擇了哪條路,而在於能不能把這條路走通。有些路看上去寬闊,像臨牀醫學,可進去很多『坑』;有些路看上去窄,像公共衛生,可你堅持走通了,照樣能到達頂峰,一覽眾山小。」
他也用自己的經歷證明了這一點。據了解,陳曉光教授主持了19項國家自然科學基金,其中6項是重點項目(單項資助約300萬元);他還拿過美國國立衛生研究院的基金、世界衛生組織的項目。「過去我國經濟不發達,主要是『治已病』,臨牀醫生因此有成就感。現在國家提出《『健康中國2030』規劃綱要》,強調以『預防為主』,所以我們要從『治已病』轉向『治未病』,從『亡羊補牢』轉向『未雨綢繆』,公共衛生與預防醫學大有可為。」
「七十二行,行行出狀元。關鍵是沉下心來,腳踏實地,既要仰望星空,又要堅持不懈、砥礪前行。」陳曉光說,他現在最享受的時刻,就是帶著學生在實驗室裏「和蚊子鬥智鬥勇」,並且把「科研成果寫在祖國大地上」。
「你看,現在我頭髮全白了,但滅蚊我們還有很長的路要走。」從被動選擇到主動深耕,從傳統消殺到基因驅動,從實驗室研究到現場應用——這條路,他走了20年,還將繼續走下去。而這條路給我們的啟示,遠不止於防一隻蚊子——它關乎一個人與命運的周旋,一門學科與時代的共振。
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