利用基因驱动技术减少疟疾传播蚊子的数量：一种建模方法

传播疟疾的蚊子对人类健康构成严重威胁，目前正在使用或开发许多减少这些疾病媒介的方法，包括释放转基因蚊子。在这里，Ace North博士描述了他最近在BMC生物学方面的论文，展示了如何利用数学模型来规划和预测这些方法的效果，以获得最大的效果。

在撒哈拉以南非洲的大部分地区，疟疾是一个巨大的公共卫生负担。布基纳法索是受影响最严重的国家之一，2017年估计有790万疟疾临床病例，在该地区造成28 000人死亡，主要是5岁以下儿童。令人担忧的是，尽管该国在疟疾控制方面进行了重大投资（每年约5000万美元），但进展却停滞不前（世卫组织《2018年世界疟疾报告》）。尤其令人关切的是，随着蚊子不断产生抗药性，目前的措施（其中最重要的是使用经杀虫剂处理的蚊帐）正在失去效力。

迫切需要开发新的工具来补充现有的控制程序。这些技术可能包括基因驱动技术来改变蚊子种群，以降低它们的适应度并导致种群数量的下降，或者使蚊子无法传播疾病。基因驱动是一种基因结构，它对自身的遗传具有积极的偏见，因此即使降低了个体的存活率或繁殖力，也能在群体中迅速传播。

在我们最近的BMC生物学研究中，我们模拟了用一种叫做“驱动Y染色体”的基因驱动来修饰蚊子以减少蚊子数量的潜力。一个driving-Y染色体经过基因改造，携带它的雄性蚊子主要产生雄性后代（也携带这种改造）。由于只有雌性蚊子叮咬，这种Y染色体的传播将导致传播疾病的雌性蚊子减少，蚊子总体上也会减少。

这项技术仍在开发中，建议以撒哈拉以南非洲最重要的疟蚊种类为目标。在考虑在野外释放改性蚊子之前，我们需要知道可能的影响——我们合理预期的总体种群数量会减少多少——这受到许多因素的影响，如释放的时间/程度以及环境的地理位置。例如，在远离人类媒介物的地区或在旱季之前释放驱蚊蚊虫可能没有理想的效果。

我们模拟了包括布基纳法索在内的100万平方公里的地区。该模型代表了两种蚊子的生物学特性，即冈比亚按蚊和密切相关的科鲁兹按蚊。它们可能是世界上最有效的两种疟疾媒介，主要是因为它们与我们人类一起进化，对我们的血液有着特殊的偏好。该模型将生物动力学与降雨、水文和人类住区的外部数据相结合。

该模型预测了一些地区的物种灭绝和另一些地区的种群减少。我们发现季节性是基因驱动局部影响的最关键预测因子。轻度旱季地区人口减少的可能性较大，而季节性强的地区人口减少的可能性较大。然而，即使在最具挑战性的环境中，人口也减少了。总的来说，我们发现，每年在一小部分人类住区反复引入转基因蚊子可能足以大幅度减少整个研究区域传播疟疾的蚊子的总数。

蚊虫载体的基因改造是一种新的疾病控制方法，必须经过严格和独立的审查，以确保对人类和环境的安全。这一过程的一个关键组成部分是了解释放结构物后蚊子种群的动态。我们的模型表明，一个driving-Y染色体可能对减少疟疾产生重大影响。