为何应让蚊子感染细菌,以阻止寨卡和登革热

Genetically modified male Aedes aegypti mosquitoes are pictured at Oxitec factory in Piracicaba, Brazil, October 26, 2016. REUTERS/Paulo Whitaker - RTX2QM8J
Researchers in Australia, the United States and elsewhere are currently investigating the reasons why Wolbachia limit viruses.Image: REUTERS/Paulo Whitaker
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蚊子及其令人发痒的叮咬不只是恼人的小麻烦。它们会传播危险病毒,造成致命后果,因此成为地球上致命性最高的动物。造成这一局面的,是埃及伊蚊和白纹伊蚊这两种蚊子,它们引发了登革病毒、寨卡病毒、黄热病病毒和基孔肯雅病毒的暴发,每年在全球造成超过1亿人感染。随着栖息地不断扩展,全球各地都出现了这种变化,原因是全球气候变暖,使它们接触到更多潜在受害者,而这些人对相关病毒免疫力较弱、易感性更高,这些病毒可经蚊子传播。

疫苗可以让接种者一次获得对其中一种或两种病毒的免疫力。但应对这些疾病还有另一种方法:直接针对昆虫。以整个蚊群或蚊子传播疾病的能力为目标,可以同时应对所有这些病毒。

美国又进入一个蚊虫活跃季节,蚊虫防控区佛罗里达州和加利福尼亚州正筹备防治蚊虫的新策略及其传播的病毒。他们正在试用两种新型蚊虫管理方法中的一种,这些方法得以实现,归功于一种名为沃尔巴克氏体的细菌。

敌人的敌人:一种细菌

沃尔巴克氏体是自然存在于全球各地昆虫体内的细菌。它们生活在宿主生物的细胞内。在那里,沃尔巴克氏体能够以多种方式操控宿主,例如增加宿主产卵数量,甚至通过操控宿主激素改变宿主的性别,使雄性变成雌性。

研究人员于2008年发现,沃尔巴克氏体在果蝇体内能够保护宿主免受果蝇病毒侵害。这一发现让他们开始思考:沃尔巴克氏体是否也能保护埃及伊蚊免受导致人类疾病的病毒侵害?

埃及伊蚊不会自然携带沃尔巴克氏体。但与果蝇研究结果一致,研究人员在实验室让埃及伊蚊感染这种细菌后,它们体内携带的病毒复制减少。蚊子体内携带的致病病毒感染性成分减少,意味着疾病传播受到限制——蚊子吸食宿主血液时,病毒较不容易传播出去。

来自澳大利亚、美国及其他地区的研究人员目前正在探究沃尔巴克氏体抑制病毒的原因。一些人推测,沃尔巴克氏体增强了蚊子对病毒的免疫力;而包括我自己的研究在内的其他研究则认为,沃尔巴克氏体 会夺走病毒所需的关键营养物质。两种情况可能都成立。

如今迫切需要采用这一策略,这推动了实地试验,在全球多个地区释放感染沃尔巴克氏体的蚊子。

Image: Statista

媒介传播能力:雌性策略

只有雌蚊会叮咬人并传播病毒。因此,减少病毒传播最有效的方法是抑制雌蚊体内的病毒。

沃尔巴克氏体细菌会由母体传给后代。如果将感染沃尔巴克氏体的雌蚊引入一个蚊群,所有后代都会携带沃尔巴克氏体,因此传播致病病毒的可能性也会降低。

这一策略由消除登革热项目采用。该项目是一个非营利合作项目,汇集了全球七家研究机构。在试验区域内,消除登革热项目已成功将沃尔巴克氏体引入蚊群。

在这一背景下,埃及伊蚊有一个有趣的行为特点:它们通常不会远距离迁徙。事实上,一条公路就足以阻止蚊群扩散。研究人员在某座城市或城镇设立释放点后,并未发现蚊子迁往其他地区。

这有利于开展可控研究,也能确保只在获准地区释放这些蚊子。蚊子扩散范围有限且释放地点彼此隔离,是美国决定批准释放蚊子的重要依据。

消除登革热项目目前尚未在美国开展。美国采取了不同做法,着眼于雄蚊而非雌蚊。

种群控制:雄性策略

MosquitoMate是一家由列克星敦的肯塔基大学发展而来的公司,创办者是医学昆虫学家 Stephen Dobson。该公司与佛罗里达群岛蚊虫防控区合作,于今年春季开始每周释放4万只沃尔巴克氏体感染的 雄蚊。

这一策略依靠一种名为细胞质不相容(CI)的现象来减少蚊群数量。当感染沃尔巴克氏体的雄蚊与未感染的雌蚊交配时,就会出现细胞质不相容。由于沃尔巴克氏体通过雌蚊的卵传递,后代将不携带沃尔巴克氏体。但沃尔巴克氏体已经改变了父本精子的DNA,只有受精卵含有沃尔巴克氏体,后代才能存活。由于感染细菌的雄蚊只会接触自然存在的、不携带沃尔巴克氏体的蚊群,它们的后代会在胚胎发育期间死亡,虫卵也就无法孵化。

对蚊子来说更不幸的是,雌蚊会在体内储存精子,以持续为卵授精。这意味着雌蚊的第一个交配对象将成为她所有后代的父亲。因此,即使雌蚊之后再次交配,只要她曾与一只感染沃尔巴克氏体的雄蚊交配,她所有的后代都将无法存活。

佛罗里达群岛蚊虫防控区并未将防治行动局限于一种方法。除了采用沃尔巴克氏体和更传统的策略外,他们还与基因工程公司Oxitec合作。和 MosquitoMate 一样,Oxitec 也会释放雄蚊。但 Oxitec 不使用沃尔巴克氏体,而是对蚊子进行基因改造,使其携带一种自我限制基因,导致后代死亡.

目标依然不变:将雄蚊释放到环境中,让它们与雌蚊交配并使所有后代死亡,最终导致蚊群数量骤降。

雌雄策略有着共同目标

每种沃尔巴克氏体蚊虫策略各有优势:雌蚊策略覆盖范围广,应能直接减少疾病传播。雄蚊策略则能有效降低当地蚊群数量,而且不会释放会造成滋扰的雌蚊。

释放雄蚊的策略是重要的“眼下”解决方案,但需要每年投入高昂成本进行释放,因为雄蚊——无论携带 MosquitoMate 的沃尔巴克氏体还是 Oxitec 的自我限制基因——都无法将这一关键特性传给下一代。不再释放这些雄蚊后,具有繁殖能力的野生雄蚊就会与雌蚊交配,蚊群数量也将回升。

Eliminate Dengue 释放雌蚊的策略具有长期可持续性,但需要进行广泛监测,以确保蚊虫最初成功定殖。MosquitoMate 和 Oxitec 未披露其成本,而 Eliminate Dengue 希望将其系统的费用控制在每人约 1 美元。

一些公众成员反对这类蚊虫释放计划,尤其是蚊虫经过基因改造的情况,例如 Oxitec 的转基因昆虫。美国农业部收到了关于 Oxitec 计划的 2,600 份意见,只有一份意见针对 MosquitoMate 的非转基因策略。

在美国,蚊虫防控区采取了谨慎的做法。他们首先在小范围内尝试两种不会永久存续的雄蚊策略。佛罗里达群岛将在斯托克岛释放点对蚊虫进行为期 12 周的评估。到夏末,我们应该就能了解雄性沃尔巴克氏体感染蚊虫减少蚊群数量的效果如何。

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