在位于中國廣州的兩個島嶼上,研究人員幾乎消滅了世界上最具侵入性的蚊子種類——亞洲虎蚊(又稱白紋伊蚊)。
廣州,是中國登革熱傳播率最高的城市。在 2016 年和 2017 年的蚊子繁殖季節期間,中山大學—密歇根州立大學熱帶病蟲媒控制聯合研究中心主任奚志勇教授團隊每周在兩個島嶼上的居民區釋放大量亞洲虎蚊,每公頃面積超過 16 萬只蚊子。
讓蚊子來對付蚊子,以無害蚊群替代有害蚊群,這是奚志勇團隊研究的思路。7 月 18 日,他們的最新研究成果在Nature發表。與奚志勇團隊此前的研究相比,新的試驗規模更大,是在社區中進行,且能接近百分百清除傳病蚊群。
新的研究手段通過機械和低劑量輻射手段進行兩次篩選雌雄蚊子,將雌蚊絕育與雄蚊感染相結合,既能控制蚊媒種群,還綠色環保,以及低成本、高效能。
“雙管齊下”
奚志勇鎖定的研究對象是亞洲虎蚊。蚊如其名,亞洲虎蚊是一種全球性具有強大攻擊性和入侵性的蚊子,可傳播登革病毒、基孔肯雅病毒、寨卡病毒等。他們與廣州市疾控中心合作,選擇了廣州市區的兩個居民區進行登革熱防控效果驗證。
“以蚊治蚊”的原理是,釋放絕育雄蚊,使其與野生雌蚊交配后,所產的卵不能發育。
此前壓制亞洲虎蚊種群數量的傳統策略一直收效甚微。一種方法是利用輻射讓雄蚊絕育,再進行野外釋放。絕育的雄蚊與野外的雌蚊交配后,雌蚊的產下卵不能孵化,于是這種蚊群通過生殖控制被壓制或清除。國際原子能機構和聯合國糧農組織曾成功地大規模使用這種絕育技術來控制重要的農業害蟲。
只是這種手段有其弊端。輻射會降低絕育雄蚊的生殖競爭力,與野生雄蚊相比缺乏交配優勢,因此控蚊效果并不理想。
另一種方法則讓雄蚊感染一種名為沃爾巴克氏體(Wolbachia)的共生菌,后者與未攜帶相同沃爾巴克氏體類型的雌蚊交配后會產生胞質不相容性,導致其卵不能孵化,由此可抑制蚊子的數量。沃爾巴克氏體是一種在自然界節肢動物體內廣泛存在并能經卵傳遞的共生菌,它天然存在于全球約 65% 的昆蟲種群和28%的蚊蟲種類中,攜帶不同型別沃爾巴克氏體的雌雄昆蟲交配后產生的卵也不能發育。
但這種方法也存在風險,僅僅采用機械篩選雌雄蚊不能做到 100% 精準。一旦感染了同型沃爾巴克氏體的雌蚊被意外釋放,就會取代本地種群,影響基于沃爾巴克氏體的種群壓制策略進一步實施。
奚志勇決定吸納兩個手段之長,而避其短。他和同事對感染了沃爾巴克氏體的蚊子進行輻射,讓可能被意外釋 放的雌蚊絕育,同時保證低劑量輻射水平不會影響雄蚊的生殖競爭力。
對于雙管齊下的應用,奚志勇解釋說,如果你要追求最大限度的種群壓制,或者說種群清除,就必須要解決少量的雌蚊對壓制效果的破壞,那么引入輻射就可以達到接近清除雌蚊的效果。如果純粹是用沃爾巴克氏體感染技術的話,在目前缺乏具有 100% 效率的雌雄分離技術的情況下就無法追求高程度的壓制效果。
他們在廣州開展的田間試驗中釋放了數百萬只感染沃爾巴克氏體且受過輻射的蚊子。在 2 年的時間里,野生亞洲虎蚊種群幾乎全被清除,每年野生蚊種的數量平均減少了約 83% - 94%,且在長達 6 周內都偵測不到任何蚊子。種群遺傳學分析顯示,僅剩的蚊子可能是從研究地區之外的地方遷移而來的。
奚志勇說,“我們從 2014 年就開始做這個現場實驗了。通過把這兩個技術進行結合的方法,經過 2 年,最終達到了接近根除靶標蚊子的效果。”
民眾接受度大增
登革熱是一種蚊傳病毒性感染,可引起重流感樣癥狀疾病,有時還可能造成致命并發癥,而埃及伊蚊和亞洲虎蚊攜帶登革熱、基孔肯雅和寨卡病毒。據世界衛生組織數據,在過去 50 年中,登革熱的發病率增加了 30 倍。目前估計每年在 100 多個流行此病的國家發生高達 5000 萬至 1 億例感染,危及幾乎一半的世界人口。
廣東省疾病預防控制中心副主任林立豐介紹說,今年廣東省登革熱疫情仍有發生,而對于登革熱沒有疫苗,也沒有什么特效藥,只能通過控制其傳播媒介蚊子來預防和控制該疾病的傳播。
在廣東省,亞洲虎蚊是主要傳病媒介,也是廣州市及周邊地區唯一的登革傳播媒介,而廣州是登革熱發病率較高的城市。據林立豐介紹,殺滅成蚊只是一種應急滅蚊措施,根本的防控手段是清除蚊子孳生地,即清除或控制積水,消除蚊蟲產生的源頭。
但常規手段無法治本,于是疾控防疫部門將治本的希望寄托于生物學家身上。
生物學家有兩種利用遺傳學減少蚊媒的策略。其一是種群壓制,即通過誘發不育等手段大量減少蚊子種群繁殖,使其不能維持病菌傳播。其二是種群替換,即改變野生種群的遺傳背景,降低其傳播病菌的固有能力。奚志勇團隊的策略是前者,即釋放帶沃爾巴克氏體的雄蚊,使其與野生雌蚊交配,使他們絕育。
在前幾年的試驗中,奚志勇將研究局限在兩個孤立的小島上,如今他把實驗室搬到了城市居民區。后者的挑戰在于,這里生態環境和蚊子的孳生地情況更復雜,需要考慮的變量更多,以及當地居民對此手段的接受度也是問題。
感染沃爾巴克氏體的蚊子對人體無害。證據顯示自從地球有了人類,沃爾巴克氏體一直就與人類和平相處。沃爾巴克氏體不能通過蚊蟲叮咬感染人體或哺乳動物,并且其叮咬的人血中未檢測到抗沃爾巴克氏體抗體。沃爾巴克氏體僅在宿主細胞內生存,不能離開昆蟲在環境中獨立生長,也不能使取食蚊子的天敵獲得感染。基于沃爾巴克氏體的蚊媒所產生的生物安全風險幾乎可以忽略。
其實讓當地居民接受試驗計劃的最大推動力是前幾年的登革熱疫情。研究人員還曾把手伸入裝有蚊子的塑料罐里,對大眾證明試驗雄蚊不咬人。
試驗效果對于居民接受度是正向的。據調查,以蚊治蚊試驗前只有 13.0% 的居民支持率,以及 76.4% 的中間立場和 10.6% 的反對率。試驗后,以蚊治蚊支持率達到了 54.3%。
居民也切實感受到了科學的力量。在兩個試驗點,野生型亞洲虎蚊對人的叮咬率分別降低了 96.6% 和 88.7%。
三年之內有望推廣
此前有過轉基因蚊子或基因編輯蚊子防控寨卡病毒的研究,但最終未見落地。奚志勇告訴 DeepTech,這些研究許多情況下被政府審批難和民眾接受難所阻擋。
奚志勇的研究手段與轉基因技術無關。建立沃爾巴克氏體感染蚊株的方法是采用顯微注射,其供體是原本廣泛存在于自然界的沃爾巴克氏體,并非轉基因產物,因而沒有向環境中引入任何新的生物。在這個手段中,蚊子的基因并未轉變,不需要篡改或修改基因。
對于這種手段是否會滅絕蚊子的擔憂,奚志勇說,這個方法是專一地針對亞洲虎蚊,對其他種類的蚊子沒有影響。自然界中存在的蚊子種類約有 3000 種,有很多種蚊子不傳病,還有一些蚊子不叮咬人或不吸血,這些蚊子都不是控制目標。此外,這些手段主要針對人類居住區的傳病蚊子,而那些野生環境中未承擔傳病角色的亞洲虎蚊不是清除目標。
美國喬治城大學(Georgetown University)生態學家 Peter Armbruster 在同期Nature發表評論稱,沒有哪種單一的控蚊方法能完全滅絕傳病蚊群,需要控蚊工具的組合。但奚志勇團隊的“雙管齊下”是一種重大進步,展示了強大的控蚊潛力。
Peter Armbruster 指出,奚志勇團隊還要解決可持續性的問題。一旦感染沃爾巴克氏體的蚊子停止釋放,遷移而來的野生蚊群就不可避免會重新建立自然種群。
如今,奚志勇團隊正在積極與農業部溝通,遞交藥效學相關數據,希望將攜帶沃爾巴克氏體的雄蚊作為微生物殺蟲劑獲得應用批準。奚志勇對此很樂觀,他說,此類研究最近在美國已經獲得環保署頒發的微生物殺蟲劑的注冊,預計中國在1年到3年內會得到批準推廣。
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