國際萬花筒
2017.05.29 03:29

對人類生命威脅最大的生物是牠!科學家致力改造蚊子基因

文|謝樹寬
一隻瘧蚊正在叮咬人的手。致命瘧疾多是透過瘧蚊傳播瘧原蟲造成人體發病。(東方IC)
一隻瘧蚊正在叮咬人的手。致命瘧疾多是透過瘧蚊傳播瘧原蟲造成人體發病。(東方IC)

對人類而言,全世界最致命的動物,不是毒蛇猛獸,也不是水裡的鱷魚或大白鯊。而是常被人小看的蚊子!

根據世衛組織的統計,蚊子傳播的瘧疾是熱帶地區致死的主因之一。

為了根絕瘧疾,科學家正計劃一場改造蚊子基因的實驗,透過人為方式改造蚊子的演化進程。

當然,這個「扮演上帝」的計畫也正引發一些環境安全的顧慮。

在台灣西非洲邦交國布吉納法索,一個叫做巴那的小鎮,人們住在土牆砌成的房子裡,景象落後而荒涼,似乎一點也不像是生物學前沿實驗的地點。

不過,科學家們在這裡正進行或許是最讓人期待,同時也可能是最驚人的生物實驗。他們正準備把鎖在雙重金屬門內,24小時全天候監控的實驗室的大群蚊子,釋放到野外。

這個跨國際科學團隊所推動,被稱為「蚊子基因驅動」(mosquito gene drive)的DNA改造計畫,目的是對非洲瘧疾蔓延問題,提供長期的解決方案。

2017年4月24日,象牙海岸阿必尚,一名28歲母親和寶寶在蚊帳裏休息。4月25日為世界瘧疾日,由世界衛生大會在2007年5月第六十屆會議上設立,旨在推動全球進行瘧疾防治。今年世界瘧疾日的主題是「使瘧疾得到永遠控制」。(東方IC)
2017年4月24日,象牙海岸阿必尚,一名28歲母親和寶寶在蚊帳裏休息。4月25日為世界瘧疾日,由世界衛生大會在2007年5月第六十屆會議上設立,旨在推動全球進行瘧疾防治。今年世界瘧疾日的主題是「使瘧疾得到永遠控制」。(東方IC)

瘧疾是可預防也可治療的疾病,卻仍是全球炎熱地區——包括撒哈拉沙漠以南——主要的死亡原因。據世界衛生組織估計2015年全球大約有2億1200萬瘧疾的案例,造成約43萬人死亡。

瘧蚊叮咬人類時,從感染瘧疾的人體內帶走寄生的瘧原蟲。瘧原蟲以瘧蚊為宿主,在瘧蚊體內發育一到兩個星期之後,當瘧蚊叮咬其他人,就會把這個瘧疾的寄生蟲傳播出去。

科學家的蚊子基因驅動計畫,目標是創造出經過基因編輯而無法散佈瘧原蟲的蚊子,最終達成撲滅這個致命疾病的目的。

不過,就如同涉及基因修改的其他科學研究一樣,這個計畫引發一些關切,有些科學家認為,這個計畫有必要完全開放和透明。

創新的技術

蚊子基因驅動計畫由「進攻瘧疾倡議」(Target Malaria Initiatives)進行,它主要的經費來源,由微軟創辦人比爾蓋茲創立的「比爾與米蘭達蓋茲基金會」所提供。這個非營利組織的目標,是發展並分享防治瘧疾創新的技術。

主持這個倡議的英國倫敦皇家學院,與布吉納法索、馬利、烏干達的團隊合作。

「進攻瘧疾」全球主任調查員伯特(Austin Burt)向SciDev.Net表示,「藉著降低雌蚊的繁殖力,或是增加雄蚊對雌蚊的比例,我們希望可以降低攜帶瘧原蟲的瘧蚊數量,達成阻斷瘧疾傳播的目標。」

「基因驅動」是讓科學家得以加速一個物種演化過程的技術。
「進攻瘧疾」全球主任調查員伯特

要改造瘧蚊的基因,科學家必須研究基因的用途,以製造出稱為核酸的化學物質,著手展開破壞蚊子特定DNA序列的過程。

這整套策略的終極目標,是要讓經過基改的瘧蚊,把新的基因組成傳遞給下一代,製造出「高得不成比例」的後代。

藉由這種人工機制,基因改造透過級聯反應(cascade)可以極快速傳遞到整個物種。

換句話說,「基因驅動」是讓科學家可以加速一個物種演化速度的技術。

原本正常的遺傳速度,一個基因有50%的機率會傳遞給下一代,如今利用這個快速技術,這個機率會高出許多。根據「進攻瘧疾倡議」調查員伯特的說法,「目前為止,在我們倫敦的實驗室裡已經證明基因傳遞機率最高可達95%。」

長期的解決方案

利用基因學永久性地打斷瘧疾透過蚊子傳播的方式,是過去未曾有的嘗試。研究員希望它可以提供具永續性、而且符合成本效益的瘧疾防治工具。

「進攻瘧蚊」的團隊目前著手改造的蚊子,是限於在非洲傳播瘧疾最重要的物種——甘比亞瘧蚊(Anopheles gambiae)。為了達到這個目的,他們與三個非洲的夥伴機構合作:馬利瘧疾研究與訓練中心、烏干達病毒研究院、以及布吉納法索衛生科學研究院。

在布吉納法索主持研究的迪亞巴特(Abdoulaye Diabate),與他的同事們正在進行大規模田野調查。

「單一個團隊沒辦法做全部的事,」迪亞巴特說,「發展這個技術需要不同背景的各類專家。我的團隊還有非洲的不同團隊裡頭都有各種不同背景的研究人員。」

任何將被引入非洲對抗瘧疾的技術,都必須配合這裡蚊子基因背景的田野研究。
迪亞巴特,布吉納法索衛生科學研究院

「進攻瘧疾」組織在非洲的夥伴機構運作的地區,都是瘧疾造成嚴重衛生問題的地區,因此他們可以獲取傳播疾病的瘧蚊、同時可以做近距離的研究。他們同時也可以提供昆蟲學的數據來指引基因驅動技術的發展。

經過「基因驅動」技術改造的瘧蚊,是否會是撲滅瘧疾的一把鑰匙。(圖片擷取自www.gatesnotes.com)
經過「基因驅動」技術改造的瘧蚊,是否會是撲滅瘧疾的一把鑰匙。(圖片擷取自www.gatesnotes.com)

基因改造與失控的生態

使用基因驅動來防止蚊子散播瘧疾,只不過是這個技術的眾多可能應用之一。未來,這項技術是否會被帶引到改變其他物種演化進程?

除了可能被刻意誤用之外,災難性的錯誤是否會導致未能預期的後果,也是科學界關切的問題。

「一提到基因轉殖物質,許多人仍保持高度的懷疑。」迪亞巴特承認這個顧慮確實存在。

對基因改造的擔憂當然不只是少數杞人憂天的懷疑論者。處理這種未經實際測試的技術需要安全保障。

美國麻省理工學院基因驅動研究的首席調查員艾斯威爾特(Kevin Esvelt)說:「任何試圖建立基因驅動系統在野生物種中擴散的實驗都不應該在原本這個物種生活的生態系中進行。就安全的觀點而言,這並非明智之舉。」

正因為這種有針對性的安全考量,「進攻瘧疾」的研究一開始是在倫敦進行,遠離甘比亞瘧蚊在非洲的生態系。換句話說,如果直接在非洲本地進行基因編輯的實驗,可能帶來巨大的生態風險。

不過,為了尋找對抗瘧疾一個具有長效的方法,科學家們同意推動基因驅動計畫是值得嘗試的努力。

「DDT帶來了環境浩劫,但也是有史以來最偉大的挽救生命的干預行動。到底值不值得這麼做?對不使用DDT就會因瘧疾喪命的人而言,當然是必要的行動。但是對其他所有人來說,恐怕就值得商榷。」艾斯威爾特認為,「非洲人必須在坐以待斃、每天坐看一千個孩子因瘧疾而死亡,以及可能的生態副作用二者之間作出權衡。」

至少,在艾斯威爾特眼中,基因驅動目前是針對瘧蚊單一的物種,它和DDT比起來,在許多方面會有較小的副作用。

參考資料:

A Revolutionary Genetic Experiment Is Planned for a West African Village--If Residents Agree(Scientific American)

GM drive against malaria: Treading a fine line(SciDev.net)

更新時間|2017.05.29 09:54

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