用細(xì)菌消滅蚊子

阿　茂

讓蚊子折壽可能是未來根除登革熱和瘧疾的關(guān)鍵

澳大利亞昆士蘭有一所傳統(tǒng)的房子,里面有老式的家具,角落里放著洗衣機(jī)和干衣機(jī),咖啡桌上放著一些特制的網(wǎng)籠,里面養(yǎng)著成百上千的蚊子。

訪客到這里,通常不允許打蚊子。恰恰相反,大多數(shù)到這里來的人都是自愿用鮮血喂食蚊子的。這些蚊子一天吸血10分鐘。

這些蚊子并不是普通蚊子。這里是詹姆斯?庫克大學(xué)凱恩斯校園的熱帶醫(yī)學(xué)蚊子研究室,研究人員正在用他們的后院模仿一棵芒果樹樹蔭的典型環(huán)境,模擬昔日“昆士蘭人”的腹地,在這里,飼養(yǎng)蚊子的網(wǎng)籠是由盤子和不銹鋼網(wǎng)罩制成的。

這些蚊子和模擬房正是抗擊登革熱實(shí)驗(yàn)的一部分。登革熱是一種由蚊子傳播的疾病,近幾十年來發(fā)病已經(jīng)達(dá)到流行病的比例。人們?cè)O(shè)想,這種針對(duì)登革熱的研究工作也許可以用在其他昆蟲傳播疾病,包括死亡率最高的瘧疾上。正是這種可能性,使得制定這一策略的研究小組贏得了比爾和梅琳達(dá)?蓋茨基金會(huì)的資助。

這項(xiàng)研究的潛在利益是巨大的,但在其結(jié)果得以應(yīng)用之前,研究小組需要讓人們信服他們的策略是安全的。如果出了差錯(cuò),登革熱可能會(huì)蔓延得更快。

讓蚊子早死的辦法

登革熱因其癥狀范圍從輕微的疼痛和疲勞到嚴(yán)重的關(guān)節(jié)和肌肉疼痛,故又稱“破骨熱”,標(biāo)準(zhǔn)的登革熱很少致命。另一方面,這種疾病最嚴(yán)重的一種癥狀是登革出血熱,可以導(dǎo)致1/20的致死率,兒童死亡率最高。登革熱是由登革熱病毒引起的急性傳染病,通常是由4種登革熱病毒中的一種引起。 1970年的時(shí)候只有9個(gè)國家發(fā)現(xiàn)登革熱,但時(shí)至今日卻已有60個(gè)國家出現(xiàn)了此病。病例的激增通常被歸咎于越來越多的國際旅游、城市化和人口增長,加上人們沒在長期預(yù)防上投資。登革熱不能治愈,也沒有可以防治的疫苗,醫(yī)生只能做輔助式的對(duì)癥治療。

但若這世上不再有埃及伊蚊(又稱埃及斑蚊),登革熱就無法流行。

雌性埃及伊蚊只吸食人類血液,這種花蚊子不像其他大多數(shù)蚊子種類,它們會(huì)在人類居住地繁衍,其幼蟲很容易在澆水的花盆、花盆托盤和廢棄的塑料容器中長大。有些人甚至聲稱這種蚊子很善于躲開人們準(zhǔn)確的拍打。

當(dāng)一只埃及伊蚊叮咬了登革熱病人后,病毒便開始在其腸道中復(fù)制,并從那里蔓延到蚊子的唾腺,在被傳染10天至14天之后,蚊子的唾液中就有了足以感染人的病毒。

應(yīng)對(duì)登革熱的傳統(tǒng)辦法是滅蚊。還有一個(gè)能夠減少蚊子危害的辦法,這就是用轉(zhuǎn)基因技術(shù)改造蚊子,讓它們不能再傳播疾病。但最簡單的辦法是讓被傳染的蚊子變得有傳染性之前就早早死掉。布里斯班昆士蘭大學(xué)斯科特?奧尼爾正領(lǐng)導(dǎo)著研發(fā)這一項(xiàng)目的國際小組,他說:“相對(duì)昆蟲的壽命而言,登革熱的潛伏期很長,所以如果讓蚊子死于幼年,我們用不著消滅它們,便可以消除其傳播疾病的能力?！?/p>

但是,怎樣才能使昆蟲夭折呢?這就需要借助一種寄生在昆蟲細(xì)胞內(nèi)的奇怪細(xì)菌,這種細(xì)菌叫做沃爾巴克氏體,它們不像最具傳染性的細(xì)菌,不通過接觸傳染;相反,它們是通過宿主的卵來傳播的。其結(jié)果,沃爾巴克氏體進(jìn)化出迂回的方式能最大限度地感染宿主所產(chǎn)的卵。一些沃爾巴克氏體菌株會(huì)使雌蚊未經(jīng)交配就產(chǎn)卵;另一些菌株則會(huì)讓雄蚊變成功能齊全、會(huì)產(chǎn)卵的雌蚊;還有一些菌株能使受感染的雄蚊精子發(fā)生改變,這樣,當(dāng)這些精子讓未受感染的雌蚊卵受精的時(shí)候,卵子會(huì)因所謂的細(xì)胞質(zhì)不親和而死亡。隨著受感染的雌蚊繼續(xù)和未感染及已感染雄蚊交配并產(chǎn)下感染的子代,感染會(huì)通過種群迅速傳播。

所以,如果你讓野生蚊子感染了沃爾巴克氏體細(xì)菌,理論上,細(xì)菌會(huì)很快蔓延到整個(gè)蚊子種群。這樣,用一個(gè)可以縮短蚊子壽命的沃爾巴克氏體菌株就可以阻止登革熱的蔓延。美國馬里蘭州約翰霍普金斯大學(xué)的分子昆蟲學(xué)家賈森?羅斯岡說:“這是一種新穎的,可能非常有效的策略。從理論上講可以百分之百地消滅疾病傳播?！?/p>

“爆米花蚊子”

研究人員發(fā)現(xiàn),有一種叫做“爆米花”的沃爾巴克氏體菌株能讓受感染昆蟲大腦混亂,從而使其短命。但問題是,這個(gè)菌株通常只感染實(shí)驗(yàn)室果蠅而不是野生蚊子,所以,奧尼爾團(tuán)隊(duì)打算嘗試創(chuàng)造出一種可以讓埃及伊蚊感染的菌株。

3年來,他們把爆米花沃爾巴克氏體注射到成千上萬的蚊子胚胎中,然后挑選出存活的細(xì)菌。他們辛勤的工作得到了回報(bào),在今年早些時(shí)候該小組在《科學(xué)》雜志上發(fā)表報(bào)告:感染了新菌株的雌蚊僅存活了其通常實(shí)驗(yàn)室壽命(50到60天)的一半?，F(xiàn)在該小組正在檢查爆米花菌株是否能在蚊子種群中傳播,這正是昆士蘭模擬基地參與實(shí)驗(yàn)的原因。

在野外條件下,絕大部分蚊子的壽命只有一個(gè)月左右,染上爆米花-沃爾巴克氏體的蚊子壽命減半,可以大大降低蚊子傳播疾病的能力。因?yàn)殡m然蚊子后代依然攜帶病菌,但其大部分存活時(shí)間都處于病毒的潛伏期中,因此病毒傳染給人的機(jī)會(huì)就大大減小。

在一系列的實(shí)驗(yàn)中,研究小組先從野外采集野生埃及伊蚊,一半用爆米花沃爾巴克氏體感染,一半沒有感染,然后一次在網(wǎng)籠中放入4000只蚊子,接下來的幾個(gè)星期就要監(jiān)測感染的和未感染的蚊子數(shù)目。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還在分析中,奧尼爾說,初步結(jié)果是肯定的。如果得到證實(shí),研究小組將進(jìn)入下一個(gè)步驟——監(jiān)視蚊子幾代,看看沃爾巴克氏體菌株是否如預(yù)期的一樣在蚊子群體中蔓延。

計(jì)算機(jī)模型和實(shí)驗(yàn)室的研究預(yù)測,要在野生環(huán)境中建立感染沃爾巴克氏體菌株的種群,感染的昆蟲數(shù)量至少要達(dá)到種群的36%,這意味著需要釋放相當(dāng)多的蚊子。奧尼爾說:“我們可能會(huì)一點(diǎn)點(diǎn)地釋放蚊子,而不會(huì)一下子把烏云一樣的蚊子群放出來?！?/p>

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

在釋放蚊子之前,研究小組還必須說服當(dāng)局這種做法是安全的。首先,人們的擔(dān)憂是蚊子會(huì)不會(huì)將沃爾巴克氏體傳染給人。但科學(xué)家們指出,鑒于沃爾巴克氏體常見于節(jié)肢動(dòng)物,大約有1/5的昆蟲體內(nèi)可能潛伏著這種細(xì)菌,但迄今為止還沒在任何脊椎動(dòng)物身上發(fā)現(xiàn)過沃爾巴克氏體,所以,它傳染給人的可能性極低。

不過,為了以防萬一,該小組還進(jìn)行了額外實(shí)驗(yàn)。研究顯示,蚊子唾腺中沒有發(fā)現(xiàn)這種細(xì)菌,所以,人根本接觸不到這種細(xì)菌。研究人員還做實(shí)驗(yàn)觀察蜘蛛、蜥蜴和其他吃蚊子的物種會(huì)不會(huì)感染這種細(xì)菌。

一種合理的擔(dān)心是,野生蚊子可能會(huì)進(jìn)化出抵抗沃爾巴克氏體的能力并重新開始活更長時(shí)間。最新的一項(xiàng)模擬研究認(rèn)為,這種情況幾乎是不可能的;并且,奧尼爾說,即便這個(gè)策略只在20或30年內(nèi)有效,也能為人們贏得研制其他防蚊方法的寶貴時(shí)間。

還有一個(gè)更令人擔(dān)憂的情景:短命蚊子可能會(huì)導(dǎo)致進(jìn)化出快速復(fù)制、快速傳播的一種“更厲害的”登革熱病毒品系。羅斯岡說:“假如實(shí)驗(yàn)失敗,事情可能會(huì)更糟,因?yàn)樵诟腥緯r(shí)間和疾病傳播的動(dòng)力學(xué)之間呈指數(shù)關(guān)系。”換句話說,一個(gè)快速復(fù)制的登革熱病毒可能會(huì)導(dǎo)致登革熱的超級(jí)大爆發(fā)。

但奧尼爾認(rèn)為,由于快速復(fù)制的生物學(xué)壓力很強(qiáng)烈,登革熱病毒已在盡可能快地復(fù)制了?，F(xiàn)在正在進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn),以及最終的野外試驗(yàn)都將檢驗(yàn)可能出現(xiàn)的問題。

就算所有的科學(xué)問題都得到了解決,由于過去生物防治曾經(jīng)出過意想不到的問題,對(duì)公眾能否能夠接受也要畫個(gè)問號(hào)。羅斯岡認(rèn)為,由于這是旨在消滅可能會(huì)害死孩子的疾病,人們對(duì)這種試驗(yàn)可能會(huì)更容易接受。

這種辦法也可能出現(xiàn)法律問題。比如, A國可能會(huì)對(duì)此放行,但B國不同意,而沃爾巴克氏體卻不會(huì)理會(huì)國家邊界。奧尼爾并不覺得這是一個(gè)很大的問題,他認(rèn)為沒有外界幫助,沃爾巴克氏體只會(huì)緩慢地傳播。

副產(chǎn)品:消滅瘧疾

在研究利用細(xì)菌解決登革熱問題的同時(shí),研究人員早就把眼睛瞄上了更大挑戰(zhàn)——瘧疾,因?yàn)?9%的登革熱傳播是由埃及伊蚊造成,而瘧疾卻有20多種蚊子會(huì)傳播。

奧尼爾正在嘗試將沃爾巴克氏體引入到西南太平洋瘧疾的帶菌者法老按蚊(按蚊又稱瘧蚊)體內(nèi)。英國牛津大學(xué)的史蒂芬?希金斯小組和羅斯岡小組都在致力于研究非洲瘧疾病原的主要攜帶者岡比亞按蚊。

有些人認(rèn)為這招行不通,因?yàn)榘次靡话悴粫?huì)感染沃爾巴克氏體。然而,羅斯岡已經(jīng)設(shè)法用爆米花菌株感染了岡比亞按蚊的體細(xì)胞,只是尚未成功地感染到按蚊的生殖細(xì)胞。

奧尼爾希望在兩年內(nèi)做一個(gè)試點(diǎn)試驗(yàn),在北昆士蘭釋放一些感染沃爾巴克氏體的埃及伊蚊。目前,泰國和越南的兩個(gè)合作小組正在用當(dāng)?shù)貍鞑サ歉餆岬奈米优c凱恩斯感染了沃爾巴克氏體的蚊子進(jìn)行雜交,并以同樣方式檢查沃爾巴克氏體的行為。

如果一切順利,昆士蘭養(yǎng)蚊房可能很快就會(huì)成為奧尼爾小組培育沃爾巴克氏體蚊子的基地。