为了追踪携带疾病的蚊子，研究人员用DNA条形码标记它们

科罗拉多州立大学的研究人员正在介绍一种更好的方法来追踪疾病中的蚊子。他们的新方法是让幼虫蚊子吃掉完全由DNA和蛋白质构成的无害颗粒，这有可能彻底改变人们研究蚊媒疾病的方式。

　　

   

   

图片:研究人员在科罗拉多州柯林斯堡的一个现场收集蚊子进行分析。    

图片来源:丽贝卡·卡丁/科罗拉多州立大学

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。为了追踪这类疾病在大规模人群中的威胁，科学家需要知道蚊子在哪里，它们曾经去过哪里，以及它们可能会去哪里。

但是科罗拉多州立大学研究蚊子传播虫媒病毒的研究员丽贝卡·卡丁说:追踪蚊子可不是件容易的事。捕捉、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——即使不是不可能，也是荒谬的。一种常见的蚊子追踪技术是将蚊子浸在荧光粉中，然后让它们飞走，但这种做法容易出错，而且不可靠。

由于与CSU工程师的合作，kding和他的同事正在介绍一种更好的方法来进行疾病的蚊子追踪。他们的新方法是让幼虫蚊子吃掉完全由DNA和蛋白质构成的无害颗粒，这有可能彻底改变人们研究蚊媒疾病的方式。

这种可食用的蚊子标记颗粒是化学与生物工程系副教授克里斯·斯诺(Chris Snow)的成果。在过去的几年里，斯诺的团队一直在开发微观的、多孔的蛋白质晶体，这种晶体可以从最初发现的蛋白质中自我组装Camplyobacter空肠细菌。自从发明了这些非常小的、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，比如捕捉病毒颗粒以促进其发展废水检测．

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，即使经过多次洗涤和暴露在溶剂中，DNA也不会移动。斯诺说:“纯属偶然，我们发现了一种能非常非常紧密地吸附核酸的材料。”他开始认为这些DNA片段可以像“条形码”一样在多孔晶体中发挥作用，提供独特的信息指纹。

卡丁是微生物学、免疫学和病理学系的副教授，他听说了斯诺的研究，并想:这些小工程晶体条形码能否用于蚊子标记应用?卡丁和雪诺边喝咖啡边聊天。

那是2017年。从那时起，这个被亲切地称为“黑暗水晶”的合作团队进行了一系列实验，证明斯诺的条形码作为标签的实用性，能够标记数百万只蚊子。到目前为止，结果是有希望的。

蚊子幼虫条形码

它们是这样做的:蚊子幼虫摄取美味的生物质，这些生物质预先在溶液中装载了DNA晶体。当蚊子长成成虫后，这些DNA晶体在它们的肠道中保持完整，形成了一段代码，之后可以通过定量聚合酶链式反应等实验室技术读取。

他们在最近发表在PNAS Nexus上的一篇论文中描述了细节。在2020年和2021年夏天，该团队在柯林斯堡东部的小型试点地点尝试了蚊子标记晶体。第二年夏天，卡丁的团队在城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有一个重要的独特之处:与传统的蚊子标记法不同，传统的蚊子标记法是将成年蚊子从陷阱中提取出来，并对其进行疾病分析，而DNA条形码则是在幼虫状态下由蚊子摄入，并在它们成年后持续存在。通过这种方式，研究人员不仅可以追踪蚊子在哪里结束，还可以追踪它们从哪里开始，以及它们是如何移动的。kding说，这样的洞见可能对未来的疾病监测应用至关重要。

卡丁说:“我们可以有一张特定地区蚊子生产的景观地图。”“我们可以确定蚊子繁殖的热点。我认为这将为已经到位的实时蚊子监测和控制行动增加一个全新的知识层面。”

对于斯诺来说，他的工程蛋白晶体可以像卡丁一样用于疾病监测应用，这一想法令他着迷。“这很好，因为它有点奇怪，”他说。“这很有创意——我从未见过有人尝试类似的东西。这是一个有趣的地方——做一些有用的事情，但也是完全前所未有的。”

未来的发展方向

由于他们只使用合成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。卡丁想要对标记的时间成分进行实验:让蚊子幼虫每周摄入不同的条形码，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，在那里蚊虫传播的疾病是每天的威胁。

使用DNA蛋白质晶体来标记蚊子有很大的潜力，但像所有优秀的科学家一样，该团队有更多的问题需要回答。首先，他们不完全确定为什么DNA片段在蚊子内脏中保存得如此好。他们还想知道条形码在蚊子肠道中能持续多长时间，以及是否有办法提高性能，也许可以通过设计更粘的晶体。最后，可伸缩性是一个重要因素。这项技术可以在实验室中发挥作用，但在商业应用中呢?

卡丁、斯诺和他们的团队期待着共同寻找答案。“这是一次伟大的跨学科合作，”卡丁说。“互相学习，与完全不同的学科进行互动是很有趣的。”

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Mosquito tagging using DNA-barcoded nanoporous protein microcrystals