對付蚊子，我們要贏了？對話“虎蚊克星”陳曉光：揭秘“只能生兒子”的基因驅動技術

搜狐科技《思想大爆炸——對話科學家》欄目第155期，對話南方醫科大學熱帶醫學研究所所長、公共衛生學院教授陳曉光。

嘉賓簡介：

陳曉光，南方醫科大學熱帶醫學研究所所長、公共衛生學院教授、博士生導師。“新世紀百千萬人才工程”國家級人選、國務院特殊津貼專家、廣東省特聘教授珠江學者、廣東省高校教學名師；中華醫學會熱帶病與寄生蟲學分會副主任委員、中國動物學會寄生蟲學專業委員會副理事長、廣東省有害生物防制協會會長、廣東省新發傳染病防治重點實驗室主任等。研究方向為媒介蚊蟲及其傳染病的防治研究。

• 基因驅動技術就是利用CRISPR-Cas9的精準切割能力和細胞修復機制，強制將特定基因在種群中快速傳播，打破傳統遺傳規律，實現種群水平的基因改造或性狀控制。

• 釋放的基因驅動雄蚊只能與野生型白紋伊蚊雌蚊交配達到轉雌為雄、基因驅動的作用，不會“轉基因外溢”，影響到其他物種。

• 科學研究最好能“上接天、下接地”，理論研究要聯系實際需求。

• 下一步會根據媒介蚊蟲防制的具體需求，及時轉化研究成果，把“科研成果寫在祖國大地上”。

出品｜搜狐科技

作者｜周錦童

對很多朋友來說，夏天最煩惱的事情并不是高溫，而是耳邊的“嗡嗡”聲和身上的蚊子包。

百萬年來，人類與蚊子交手，似乎一直都沒有占過上風，直到南方醫科大學公共衛生學院教授陳曉光的出現。他不僅率先破解了全球首個白紋伊蚊全基因組序列，還研究了一種讓蚊子“只能生兒子”的基因驅動技術。蚊子吸不了血，繁衍不了后代，最終自行崩潰。

雖然這聽起來像科幻小說，但卻是陳曉光團隊實驗室里正在發生的事。對此，我們對話了這位“虎蚊克星”，聽他分享這項技術本身和背后的故事。

讀懂蚊子基因組的“天書”

1985年的春天，陳曉光來到了人生的一個岔路口。第一軍醫大學（現南方醫科大學）保送研究生名單下來，他赫然在列，但卻被分配到寄生蟲學研究室。

學醫的人大多懷揣臨床夢，他當時還是比較糾結的，但因為寄生蟲病，比如瘧疾、血吸蟲病、登革熱的防治挺重要的，所以最后他還是說服了自己。

而正是這個“不情愿”的選擇，讓他日后與蚊子“死磕”了四十年，而他也不斷在所從事的寄生蟲病防治研究中取得了成就，先后獲得了廣東省科技進步一等獎1次、省部級科技進步二等獎3次。

這些成就不斷激勵著陳曉光繼續前行，從最初的不喜歡，到后來成為國務院政府特殊津貼專家、業界公認的“虎蚊克星”。

而真正讓他扎根下來的，是現實中的很多“不解之謎”。廣東常年被登革熱困擾，政府年年投入巨資滅蚊。比如2014年廣東就暴發了大規模的登革熱疫情，廣州近一半面積噴灑殺蟲劑，花費近2億元。

“我就想：為什么需要噴這么多的殺蟲劑？是不是噴的藥不管用？”因此，陳曉光進行了抗藥性研究。

陳曉光發現，蚊子對常用擬除蟲菊酯類殺蟲劑已經產生了高抗性，實驗室里只需六代（即六個月）就能進化出抗藥性。

“開發一個殺蟲劑不容易，需要大量的時間和經費，但蚊蟲可以很快地產生抗藥性，使其失效。所以我們應該尋求更加有效且不容易產生抗藥性的技術，比如生物殺蟲劑。”陳曉光如是說。

于是，從那時起，他便開啟了他二十年如一日的基礎研究征途。

2010年，他決定啟動白紋伊蚊全基因組測序計劃，當時投入了400萬元、耗時五年才成功。陳曉光稱之所以在資金和風險都很大的情況下還能堅持不懈地做下去，是因為基因組測序很重要，搞清楚了會對許多基礎性的研究帶來革命性的促進。

正因如此，他們才會克服重重困難、逢山修路、遇水架橋，不斷地往前推進；才會想方設法、籌措資金，增大測序深度、構建長片段文庫。

要知道，白紋伊蚊基因組是迄今已知的最大的蚊子基因組，其基因組數據量將近2吉字節（1吉字節等于1024兆字節），且重復片段極多，就像一本厚厚的“天書”。

環保可控，基因驅動讓蚊子轉雌為雄

好在“功夫不負有心人”，2015年，團隊終于解析了全球首個白紋伊蚊全基因組序列，成果發表在國際著名學術期刊。在讀懂基因組“天書”后，陳曉光也找到了三個關鍵突破口：性別決定機制、嗅覺發生機理、產卵繁殖偏好。

他們嘗試了不同的方向研發白紋伊蚊的防控技術，比如根據嗅覺發生機理研發誘蚊劑和監測儀、根據產卵繁殖偏好研發蚊蟲孳生地陷阱，最終還是選擇了一種顛覆性的路徑——性別決定來轉雌為雄。

因為只有雌性的蚊子才會吸血傳病，如果能人為讓雌蚊變成雄蚊，或者讓后代全是雄蚊，種群自然會崩潰。而要實現這一點，必須精準找到并操控那個“雄性決定基因”。

幸運的是，他和團隊率先鑒定出白紋伊蚊的雄性決定基因AalNix，這也為后續基因驅動技術的誕生埋下了最關鍵的“伏筆”。

找到了“開關”，下一步就是如何利用它。陳曉光團隊設計了一套精密的“基因元件”，通俗來說包含三個部分：一是性別決定元件，通過表達AalNix基因，在蚊卵早期胚胎階段強行將雌性發育通路扭轉為雄性，實現“轉雌為雄”。

二是基因驅動元件，通過在精巢表達基因剪刀Cas9核酸酶和導引序列sgRNA，使得Nix從一條染色體復制到另一條染色體，從雜合子變為純合子；繼而使攜帶Nix的精子數增加，其與雌蚊交配后產生后代中雄蚊數目就會增加，從而打破孟德爾50%的遺傳規律，實現超孟德爾遺傳的基因驅動，使得Nix在蚊子種群中迅速擴散、雄蚊數目增多、雌蚊數目減少。

三是熒光篩選元件，插入紅色熒光蛋白基因，方便在實驗室和野外隨時追蹤、監測這些轉基因雄蚊。

談到這，大家不免好奇，既然這項技術被稱為“基因驅動”，那它和普通基因編輯有什么本質區別？

對此，陳曉光表示：“簡而言之，基因驅動技術就是利用CRISPR-Cas9的精準切割能力和細胞修復機制，強制將特定基因在種群中快速傳播，打破傳統遺傳規律，實現種群水平的基因改造或性狀控制。而普通編輯只改變個體。”

實驗室小籠實驗數據顯示，轉基因雄蚊與野生雌蚊交配后，第一代雌雄比從1:1變成1:3，第二代轉基因雄蚊就完全取代了野生型雄蚊；到第六代，種群數量被壓縮60%；到第十代，壓縮超過90%。

由此可見，這條路是走得通的。而且與傳統化學滅蚊相比，這項技術還有三大核心優勢。

陳曉光解釋道：“一是能精準針對白紋伊蚊，使其雌蚊逐代減少、雄蚊逐代增多。二是釋放的基因驅動雄蚊只能與野生型白紋伊蚊雌蚊交配達到轉雌為雄、基因驅動的作用，不會‘轉基因外溢’，影響到其他物種。”

“三是目前我們構建的白紋伊蚊轉雌為雄品系的基因驅動率約75%，因此它只需要釋放一次，就能逐代自動地使雄蚊數目增多、雌蚊數目減少，就可能一代接一代、可持續地將白紋伊蚊種群控制在一定的密度之下，并不能將其徹底消滅。”

不僅如此，陳曉光稱轉基因雄蚊攜帶紅色熒光容易監測行蹤，且對常規殺蟲劑敏感，一旦需要終止，可以隨時通過噴灑殺蟲劑或物理手段清除。他們并不是要徹底消滅白紋伊蚊，而是要把它控制到一定的密度。

把科研成果寫在祖國大地上

不過，任何一項能改變自然種群的技術，都繞不開生態倫理的問題。對此，陳曉光也進行了許多思考。

在他看來，地球生物豐繁復雜，其中昆蟲占比約80%以上，蚊蟲只是昆蟲的一種，全世界不到4000種，我國不到400種，吸血傳病的媒介蚊蟲不到100種，而白紋伊蚊只是媒介蚊蟲的一種，由此可知白紋伊蚊在自然界中的生態位非常有限。

“雖然‘天生我材必有用’，從‘上帝’的角度上看‘眾生平等’、每一種生物都有其存在的價值，但從人的角度看，白紋伊蚊吸血傳病、有百害而無一益！雖然一些研究顯示一些鳥、蜻蜓和魚、蛙可以吃蚊子，但并沒有證據顯示蚊子的存在會對這些生物的生存造成巨大的影響。”

“生物多樣性對于維持地球的良好生態非常重要，因此人類不應輕易‘消滅’一個物種。但從人類的生存角度出發，如果一個物種對人類有百害而無一益，并且沒有證據表明其有不可或缺的作用，那我們人類是否還要‘杞人憂天’地保護它呢？當然，這只是我的個人觀點，不一定對，大家可以討論。”陳曉光補充到。

不過，陳曉光也強調，科學發現會不斷深化和進步。我們需要懷著謹慎小心的態度，在探索有效控制媒介蚊蟲種群密度的創新技術的同時，也要充分關注其生物安全性。

回顧這四十年的科研路，陳曉光稱最享受的時刻，就是帶著學生在實驗室里“和蚊子斗智斗勇”。

于他而言，最大的成就感不是發了多少論文，而是基礎理論有了突破，并轉化成了實實在在的工具。“我們加強了蚊蟲特別是白紋伊蚊的基礎理論如基因組序列、性別決定機制、嗅覺發生原理等研究，我們的一些研究成果也轉化成為了蚊蟲防控的技術和工具如監測儀、蚊蟲孳生陷阱等。”

對話最后，陳曉光表示，自己從“被迫入行”走到今天，最深的感悟是“科學研究最好能‘上接天、下接地’，理論研究要聯系實際需求。”

下一步，他的計劃也很明確。“我會根據媒介蚊蟲防制的具體需求，及時轉化研究成果，把‘科研成果寫在祖國大地上’。”陳曉光如是說。

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