为了追踪携带疾病的蚊子研究人员用DNA条形码标记它们

西尼罗河、寨卡病毒、登革热和疟疾都是通过受感染蚊子叮咬传播的疾病。为了追踪此类疾病对大量人群的威胁，科学家需要知道蚊子在哪里、它们去过哪里以及它们可能会去哪里。

但从研究蚊媒虫媒病毒的科罗拉多州立大学研究员RebekahKading那里可以看出：追踪蚊子并非易事。捕获、标记和释放单个蚊子——就像通常对蝙蝠和其他疾病携带者所做的那样——如果不是不可能的话，也是荒谬的。一种常见的蚊子追踪技术是将昆虫浸入荧光粉中，然后让它们飞走，但这种做法容易出错且不可靠。

由于与CSU工程师的合作，Kading及其同事现在引入了一种更好的方法来为疾病应用执行蚊子追踪。他们的新方法涉及让蚊子幼虫吃掉完全由DNA和蛋白质组成的无害颗粒，这有可能彻底改变人们研究蚊媒疾病的方式。

可食用蚊虫标记颗粒是化学与生物工程系副教授ChrisSnow的工作。在过去的几年里，斯诺的团队一直在开发微观多孔蛋白质晶体，这种晶体由一种最初在空肠弯曲杆菌中发现的蛋白质自组装。自从发明了这些具有高精度孔阵列的非常小、无毒的蛋白质晶体以来，斯诺的团队一直在探索它们的各种应用，比如捕获病毒颗粒以促进废水测试。

多年前，他们发现可以很容易地将荧光染料或合成DNA插入晶体中，而且即使经过多次洗涤和暴露于溶剂中，DNA也不会移动。“纯属偶然，我们发现了一种可以非常、非常紧密地吸附核酸的材料，”斯诺说。他开始认为这些DNA片段可以像多孔晶体内的“条形码”一样，提供独特的信息指纹。

微生物学、免疫学和病理学系副教授卡丁听说了斯诺的研究并想到：这些小型工程晶体条形码能否用于蚊子标记应用?卡丁和雪喝着咖啡聊天。

那是2017年。从那时起，这个现在被亲切地称为“暗水晶”团队的合作团队进行了一系列实验，证明了Snow的条形码作为能够标记数百万只蚊子的标签的实用性。到目前为止，结果很有希望。

以下是他们的做法：蚊子幼虫摄取美味的生物质，这些生物质在溶液中预先载有DNA晶体。随着蚊子长大成人，DNA晶体在它们的内脏中保持完好无损，创造出一种代码，以后可以通过定量聚合酶链反应等实验室技术读取。

研究人员在最近发表在PNASNexus上的一篇论文中描述了细节。2020年和2021年夏季，该团队在柯林斯堡东部的小型试点地点试用了蚊子标记晶体。第二年夏天，卡丁的团队在该市的其他地区重复了实验，现在正在分析这些结果。

研究人员展示的方法在一个重要方面是独一无二的：与从陷阱中提取成年蚊子并分析疾病的传统蚊子标记不同，DNA条形码在幼虫状态下被蚊子摄取，并在它们成为蚊子时一直存在成年人。通过这种方式，研究人员不仅可以追踪蚊子的终点，还可以追踪它们的起点以及它们的移动方式。Kading说，这些见解可能对未来的疾病监测应用至关重要。

卡丁说：“我们可以在某个地区制作蚊子分布图。”“我们可以确定蚊子生产的热点。我认为这将为已经到位的实时蚊子监视和控制操作增加一个全新的知识维度。”

就斯诺而言，他对他的工程蛋白晶体可以像卡丁那样用于疾病监测应用的想法着迷。“这很好，因为它有点奇怪，”他说。“它很有创意——我从未见过有人尝试过类似的事情。这是一个有趣的地方——做一些有用的事情，但也是前所未有的。”

因为他们只使用合成DNA片段，研究人员可以在每批蚊子中包含数千个条形码，这意味着数千个个体签名。Kading想要试验标记的时间部分：让蚊子幼虫每周摄取不同的条形码，这样研究人员不仅可以知道蚊子从哪里开始和结束，还可以知道它们什么时候吃了哪些条形码。她还希望将实验扩展到热带环境，那里每天都有蚊媒疾病的威胁。

使用DNA蛋白质晶体来标记蚊子具有很大的潜力，但与所有优秀的科学家一样，该团队还有很多问题需要回答。一方面，他们不确定为什么DNA片段能在蚊子的内脏中持久存在。他们还想知道条形码在蚊子肠道中能保存多久，以及是否有提高性能的方法，或许可以通过设计使晶体更粘的方法。最后，可扩展性是一个重要因素。该技术可以在实验室中发挥作用，但在商业应用中又如何呢?

卡丁、斯诺和他们的团队期待一起寻找答案。“这是一次伟大的跨学科合作，”卡丁说。“互相学习并与完全不同的学科互动很有趣。”