用CRISPR对抗蚊子传播的疾病

F雌性蚊子是世界上最致命的生物之一，因为它们能够通过简单的叮咬传播传染病。黄热病、寨卡病毒、登革热和疟疾等蚊媒疾病每年夺去数百万人的生命，而且预防和治疗这些疾病的疗法有限。

在大学期间，奥马尔·阿克巴里(OmarAkbari)担任公共服务实习生，测试当地蚊子种群中的人类病原体，并用化学物质消灭这些昆虫。在这段经历中，他对以杀虫剂为主的控制蚊虫数量的方法感到不满，想找到更好的方法来解决蚊媒疾病传播的问题。他在加州大学圣地亚哥分校的实验室中拥有一个多学科团队，现在他通过CRISPR等基因工程技术开发工具，以解决世界范围内的昆虫控制问题。

您如何在实验室中制定新的昆虫控制策略?

我们询问基本的发育生物学问题。一旦我们了解了昆虫的基本生物学和生理学，我们就可以操纵它来开发替代控制技术。例如，我们操纵一条途径来防止蚊子传播病毒性疾病。我们还开发诊断技术，以便人们可以在现场检测昆虫是否感染了病原体。

是什么让CRISPR成为您研究的有用工具?

CRISPR在切割DNA和靶向核酸方面非常强大。它的工作效率非常高，我们可以对其进行编程，而且易于使用。我用它做的第一个实验是在果蝇中对其成分进行基因编码，并将这些果蝇杂交在一起。当我针对眼睛色素沉着或身体色素沉着的基因时，接近100%的后代在这些基因中有某种类型的突变，我可以看到结果。这种效率是一个很大的惊喜。我们已经设计了许多策略来利用CRISPR以足够安全的方式控制昆虫种群，以便在短期内获得公众接受和监管授权。

您开发了哪些基于CRISPR的昆虫控制策略?

我们最近开发了一项新技术，使用CRISPR来阻止病毒传播。有一些CRISPR核糖核酸酶可以降解RNA而不是DNA，我们设计这些酶来靶向病毒。我们对蚊子体内的机器进行编码，以便它们表达CRISPR核糖核酸酶并设计针对不同病毒的指南。当蚊子感染病毒时，CRISPR机制会切割病毒RNA序列，从而产生降低蚊子适应性并最终杀死蚊子的附带活动。理想情况下，我们希望对CRISPR机制进行多重处理，以针对所有影响人类的蚊子传播病毒。

此外，我们使用CRISPRa过度表达昆虫发育基因，从而导致完全致死。我们首先在苍蝇身上做了这个作为概念证明，我们证明了这在蚊子身上也有效。CRISPRa使用非活性Cas9版本(dCas9)。它不能切割DNA，但它会使用引导RNA逐渐与目标结合，引导RNA将转录机制募集到目标启动子区域并促进基因表达。为了挽救这种过度表达，我们对启动子进行了突变以防止CRISPRa机械结合。我们创建了一个创造性的基因交叉方案，我们可以通过保持CRISPRa不活跃来维持实验室中的工程蚊子线。当我们将这些蚊子与存在目标的野生型昆虫杂交时，CRISPRa变得活跃并导致致死。这是完全的合子后隔离，

您认为最有前途的昆虫控制技术是什么?

昆虫绝育技术是野外防治昆虫最有效的方法，但传统上采用辐射绝育，由于染色体损伤导致昆虫适应度降低。我们开发了一种精确制导的昆虫不育技术(pgSIT)，该技术也使用CRISPR。这可能是一种不依赖于使用杀虫剂的灭蚊方法。通过使用CRISPR，我们不会影响染色体，因此动物更适合，从而在野外生存时间更长，种群抑制率更高。

我们为cas9和指导RNA制作了不同的昆虫品系纯合子。我们设计了指导RNA，以靶向对女性发育和男性生育能力重要的基因。当我们将cas9和这些不同的指导RNA一起杂交时，所有后代都会通过孟德尔分离获得cas9基因和指导RNA。然后CRISPR以这些基因为目标，所有的雌性都死了，所有的雄性都绝育了。我们想杀死雌性，因为它们会咬人并传播疾病。为了控制昆虫种群，可以将后代部署到环境中孵化。当不育的雄性试图与雌性交配时，它们不会产生后代，种群数量也会减少。

作为一名科学家，是什么让你感到兴奋?

我们的实验室非常实用，所以让我兴奋的是转化我们开发的技术。我们一直在努力解决世界上重要的问题。例如，当COVID-19来袭时，很难诊断，我们认为这是非常有限的。我们回到实验室——我们戴着口罩，在隔离的房间里工作——我们建立了一个名为SENSR的检测系统，它使用CRISPR。我们发现了一个新问题并提出了解决方案。

现在，我们正在研究蚊子，但一旦我们能够部署我们的技术来解决与蚊子相关的一些问题，我们就会转向下一个大问题。我们是一个工程实验室，所以我们设计、构建、学习和迭代，直到我们得到有趣的东西。我的背景是分子生物学，我们实验室有化学家、生物化学家、遗传学家和工程师。结合这些领域，我们可以创造出真正有趣的产品。