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给蚊子注射“疫苗” 防控登革热新方法

发布日期:2013-5-3 9:55:43 浏览次数:次 标签:,灭蚊,灭蚊器,驱蚊,灭蚊灯,灭蝇灯,户外灭蝇灯,户外灭蚊灯,

未来广州将可能利用细菌控制预防登革热。11月2日,澳大利亚科学院院士Scott  O‘Neill在中山大学介绍了利用虫媒共生菌控制登革热的最新研究进展,在报告会上现场记者了解到中大未来将应用这种方法在广州根除登革热。

  给蚊子打针控制登革热Scott  O‘Neill是美国国立卫生研究院和盖茨全球健康大挑战联合基金的重要资助项目“虫媒共生菌控制登革热传播研究”的负责人。该项目试图传播在传播登革热的蚊子中植入一种名为沃尔巴克氏体的细菌,使蚊子与该菌建立共生关系,从而使得该共生菌可以被用于控制包括登革热在内的虫媒病。

  项目的中国分题负责人奚志勇博士是美国密歇根州立大学助理教授,研究生阶段他曾就读中大,并在该校寄生虫学教研室从事过研究工作。昨日,他表示,登革热目前没有针对性药物,也没有疫苗,一般通过杀虫剂消灭蚊子来控制,但蚊子会产生耐药性。科学界早前已猜想通过沃尔巴克氏体可以阻断登革热传播,自然界中约28%的蚊子体内天然携带沃尔巴克氏菌,但登革热的主要传播者埃及伊蚊、白纹伊蚊等则不在此列。2005年,奚志勇通过显微胚胎注射,使埃及伊蚊感染了沃尔巴克氏共生菌,证实了沃尔巴克氏体能抑制登革热病毒感染蚊媒,该研究成果发表在国际顶级学术刊物《SCIENCE》。

  研究结果和随后的测试表明,感染沃尔巴克氏菌的埃及伊蚊在原种群中通过交配行为将细菌传给下一代,经过多代繁殖,染有沃尔巴克氏菌的蚊子将充斥整个群体,从而阻隔传播登革热病毒。

  中大已设立研究中心“相当于给蚊子打疫苗,让它不再传播病毒。这种方法利用了自然界的不断发生的种群替换现象,所以不必担心诸如是否会产生蚊子基因变异等现象,在现场测试也证实了这点。”奚志勇表示利用虫媒共生菌的控制方法具有生态环保、投资成本低等优点。

  由于该项目在预防登革热的前景,备受国际病原生物学界关注。中国也是参与项目合作的重要国家之一。今年7月,奚志勇博士与中山大学黎孟枫教授合作成立了“中山大学一密歇根州立大学热带病虫媒控制联合研究中心”,而利用沃尔巴克氏体共生菌控制登革热正是该中心主要研究内容之一。目前联合研究中心正利用此方法,培养最合适广州的带菌白纹伊蚊。奚志勇还表示未来,中大将和广州疾控部门联手,利用这种最新策略在广州根除登革热。

  登革热,一种令人闻之色变的流行病。它以蚊子为媒介进行传播,全球每年约有数百万人感染登革热,死亡人数超过2万。在医学界,如何控制登革热的传播一直是个世界性难题。

  11月2日,在广州中山大学医学院举行的一次研讨会上,中国和澳大利亚的科学家共同介绍了“利用虫媒共生菌控制登革热”的最新研究成果。

  科研人员发现,广泛存在于昆虫体内的沃尔巴克氏菌如果被移入病媒蚊体内,可以在不杀死蚊子的情况下消除蚊子传播登革热的能力。而且,雌蚊一旦感染,就会代代相传,从而世世代代失去传播登革热病毒的能力。这种“利用虫媒共生菌控制登革热”技术前景广泛,受到了美国国立卫生研究院基金会和盖茨基金会的赞助。8月25日,世界顶尖学术期刊《自然》杂志还专门刊登了两篇研究论文,详细地介绍了相关研究成果。

  日前,该项目负责人澳大利亚科学院院士斯科特·奥尼尔教授和美国密歇根州立大学助理教授奚志勇博士来到中山大学医学院,把这种技术介绍给中国同行进行合作研究。

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  缘起

  神奇的沃尔巴克氏菌

  这种新希望的起源,利益于一种名为“沃尔巴克氏菌”的寄生细菌。在全世界,大概20%—65%的昆虫体内都能找到它。不过,与许多的寄生关系迥异的是,沃尔巴克氏菌不会导致宿主死亡,而且只能通过亲子纵向传播,无法在成虫之间横向传染。“所以,它跟宿主的关系与其说是寄生,倒不如称为‘共生’更恰当。”奚志勇博士介绍说。

  也许,正是由于既不致命也不能传染,低调的沃尔巴克氏菌除了让1924年发现它的病理学家留名青史之外,后来的几十年内,它就像一只丑小鸭,并没有引起科学界太多的关注。

  直到1971年。加州大学洛杉矶分校的两位研究人员意外发现了一种奇怪的“胞质不相容”现象:感染沃尔巴克氏菌的雄性与未感染的雌性交配产生的受精卵,全部不能孵化。而受感染的雌蚊无论跟哪种雄蚊交配,都会产生受感染的子代。

  “就像往一杯清水里加上一滴墨水会把整杯水都染色一样,这种现象实质上增强了受感染雌蚊的生殖竞争力。”奚志勇向记者展示了一张蚊卵交叉繁殖的示意图。从理论上说,如果一个蚊子种群中出现了一些受感染的雌蚊,那么随着蚊子一代代地繁殖,被感染个体在整个种群所占百分比将逐步升高。那么,若干代后,整个种群都会被感染。

  事实上,蚊子的繁殖周期极短,常温下仅有10天。这意味着,沃尔巴克氏菌的扩散速度很快,只需三到四个月就能完全感染一个蚊子种群。

  在实验室中,奚志勇博士和斯科特·奥尼尔教授的团队同时发现,沃尔巴克氏菌可以降低埃及伊蚊携带登革病毒的能力。而且这种共生菌还有更多有趣的效果:

  “有些沃尔巴克氏菌会降低蚊子的寿命;另一些会让蚊子对环境的变化十分敏感。雨季时一切正常,但是旱季来临后,大多数蚊卵就会死于襁褓中;还有部分沃尔巴克氏菌会影响蚊子的神经系统,导致雌性蚊子在年龄增大时(20天左右,大概相当于中年阶段)就未老先衰,全身不受控制地颤抖,无法把口器刺入人体内吸血。”

  “这是个重要发现。大多数蚊子原本就是沃尔巴克氏菌的感染者,刚好传播登革热最厉害的两种蚊子——埃及伊蚊和白纹伊蚊——天然都不带有这两种病毒。这种‘巧合’正好给了我们科研人员一些启示。”奚志勇博士说。

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  灵感

  改造蚊子种群以遏制登革热

  “如果让这两种登革热携带者也染上这种共生菌,是否可以阻断登革热的传播?”有人很自然地想到这种推论。

  生物学中,有一个专业名词叫做“生物控制(biological  control)”技术,是指利用寄主专一性强的天敌将有害的病、虫、草控制在经济、生态或美学可以容许的水平之下。

  大自然的逻辑精微奥妙,生物圈中的各种生物间形成了复杂的制约关系,人类的农药和猎枪做不到的事,小小的昆虫甚至细菌就能轻松解决。奥尼尔正是从主要应用于农牧业的生物控制技术得到启发,想出了控制热带流行病登革热的新手段:如果通过人工手段制造一些携带沃尔巴克氏菌的埃及伊蚊并投放到自然环境中,那么最终整个埃及伊蚊种群都会被感染,从而降低登革热爆发的风险。

  基于这种灵感,科学家们顺藤摸瓜。不过,更多的实验表明:胞质不相容现象只是自然选择的结果。沃尔巴克氏菌只能垂直传播(遗传给后代),但很难在成虫之间的横向传播,也不能感染包括人在内的哺乳动物。

  如何让蚊子染上沃尔巴克氏菌,成为摆在科学家面前的一道难题。
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  实验

  “人肉”志愿者充当病毒扩散器

  沃尔巴克氏菌不能在成虫间横向传播,但这难不倒科学家。在研究中,奚志勇博士发明了一种显微胚胎注射的方法,使蚊子与该菌建立共生关系,从而使得该共生菌可以被用于控制包括登革热在内的虫媒病。

  与此同时,在澳大利亚,奥尼尔领导的研究人员也进行了类似研究。两项研究虽然所用的沃尔巴克氏菌菌株不同,但两种方法可谓殊途同归,均表明可直接利用沃尔巴克氏菌防止登革热传播。2010年起,奚志勇加入了奥尼尔领导的项目。

  奥尼尔团队中技艺精湛的操作人员,操纵着直径不到一微米的毛细玻璃管抽取从果蝇体内提取的沃尔巴克氏菌,注射到发育中的埃及伊蚊胚胎里,成功模拟胚胎阶段的亲子感染。就这样,最初的受感染埃及伊蚊诞生了。

  为了让这些“种子选手”尽快繁殖,奥尼尔教授的团队建造了一个温暖湿润、种植着多种热带植物的密闭玻璃大棚。他说:“这简直是蚊子的五星级宾馆。除了环境优美,咱们的蚊子宾馆还为挑剔的客人们提供美味的伙食。成年雌性埃及伊蚊对人血以外的食物通通没有兴趣,我们和周边的居民就主动充当志愿者,每天轮流到大棚里去被叮咬十五分钟。”

  经过如此的喂养,受感染的蚊子繁殖成一个品系,很快就黑压压地布满了大棚,嗡嗡声很远都能听到。更大范围试验的机会来了。

  经过澳大利亚政府相关部门批准后,奥尼尔教授准备在北部两个有几百户人家的小镇开始试验。

  征得当地社区同意后,超过30万只染有沃尔巴克氏菌的蚊子以每四户一箱的密度被投放了出去,混入野生种群中。投放完毕后,科研人员又定期进行抽样检查,分析野生蚊子的感染率。结果效果出奇地好,不到4个月,小镇里已经找不到未感染沃尔巴克氏菌的蚊子,登革热疯狂传播的势头被遏制了。

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  前景

  有望控制肆虐广东的白纹伊蚊
 

  这是一例改造野生昆虫种群,以降低它们向人类传播疾病能力行为的实验。今年,染菌蚊子第一次现场测试在澳大利亚完成。8月25日,相关学术论文发表在国际顶级学术刊物《自然》上。《自然》认为,这些结果提出了控制“登革热”的一个可行策略。

  因该课题既具有学科前沿性,又与大众生活密切相关,早在前些年,美国国立卫生研究院和盖茨基金会将其作为重要资助项目,总资助额2000万美元。该项目联合了中国、美国、越南、泰国、巴西等国的科学家进行登革热防治研究。

  受到鼓舞的奥尼尔团队,正开始着手推广这一新技术的应用。《自然》上的论文透露,研究者准备在未来2—3年中在一些登革热肆虐的国家,比如越南、印度尼西亚、泰国和巴西进行大规模试验。如果顺利,这种方法将会作为控制手段立即实施。

  奚志勇认为,这种技术有两个独特的优势,就是无污染和低成本。“整个种群替换过程中,并未利用任何自然界中不存在的生物或者化学品,也没有改变现有物种的基因,不会对自然环境造成任何长期负面影响,也不会产生严重的生物伦理学争议。同时,受感染蚊子品系的建立是一个一劳永逸的工作,每次有新的地区需要种群替换,只需从最初的品系中分出部分蚊子去当地投放即可,就像发酵用的老面一样,可以循环取用,不会枯竭,应用这一技术并不需要太多资金投入。”

  正是由于这些优势,热带地区的众多发展中国家都对奥尼尔博士的新技术产生了浓厚的兴趣。目前,越南、印尼、巴西、泰国等国都已开始局部测试,并取得了理想的结果。

  中国是参与项目合作的重要国家之一。今年7月,奚志勇博士与中山大学合作成立了“中山大学——密歇根州立大学热带病虫媒控制联合研究中心”,准备在这一领域进行更加深入的研究,希望能对广东地区肆虐的白纹伊蚊进行类似研究,并在合理的时机推进应用。奚志勇透露,他们正在挑选最适宜的蚊子,“感染这种共生菌的雌蚊子传给下一代,并代代相传。”

  专访

  专访澳大利亚科学院院士奥尼尔教授和美国密歇根州立大学助理教授奚志勇博士

  “不能怕风险就因噎废食”

  现代科技,尤其是生物科技发展的每一步,往往伴生了很多科学伦理的争议。用细菌改造蚊子也是如此。对于部分公众担忧的问题,南方日报记者专访了奥尼尔和奚志勇两位教授,他们认为,当前最重要的是对风险的严格管控,以及公众充分解释技术带来的好处和潜在的坏处,以达成社会共识。

  有可能出现超级登革病毒?

  沃尔巴克氏菌经蚊子传播后,会不会感染人类?对于这个问题,奥尼尔表示不可杞人忧天:“事实上,很多叮人的昆虫本来就是沃尔巴克氏菌携带者,但是我们和平共处了这么多年,到目前为止尚未发现人类感染的案例。”

  但有人担心:沃尔巴克氏菌的大规模应用,可能筛选出更顽强的登革病毒。由于病毒结构简单,只有一条RNA链,极容易变异,一旦两种传播登革热的伊蚊都经过种群替换,被沃尔巴克氏菌感染,可能会出现能抵御沃尔巴克氏菌的超级登革病毒,到时候人类对登革热的防控就又回到原点了。针对这种担心,奚志勇认为,正如知道抗生素会让细菌产生耐药性,我们还是必须使用抗生素一样,人类不能因噎废食。“就算最后登革热战胜了沃尔巴克氏菌,我们至少也为寻找别的抗登革热方案争取了宝贵的时间。技术本身没有好坏之分,关键看我们怎么应用。”

  他举了一个颇有争议的例子:“沃尔巴克氏菌导致的胞质不相容现象除了做种群替换外,也可以当做生物农药。曾经有人在印度一个村庄反复投放受感染的雄蚊,最后导致当地的蚊子彻底灭绝。这样的做法由于可能破坏生态平衡,导致不可预知的结果,而且也有损于生物多样性,学术界一直都对这种研究比较谨慎。”

  染菌蚊子可能产生变异?

  奚志勇还提到一种潜在风险,那就是物种分化。沃尔巴克氏菌存在许多种亚型,它们彼此之间也会产生胞质不相容,使得感染了不同沃尔巴克氏菌亚型的蚊子种群间产生生殖隔离,从而无法交流基因产生的新变异。在数百年后,基因变异带来的差别越来越大,这些蚊子就可能变成完全不同的物种。

  奚志勇指出,目前针对沃尔巴克氏菌的研究仍然是学术界的关注热点。它能影响多少种传播疾病的昆虫?能抑制多少种病原体?一切都有可能。在新技术的应用之路上,瞻前顾后,因噎废食只会让人类停步不前。重要的是对风险的严格管控以及在新技术应用前,对公众充分解释技术带来的好处和潜在的坏处,以达成社会共识。

  ■小词典

  “恶魔附体”的登革热

  登革热是一种以蚊子为媒介传播的热带流行病。据世界卫生组织统计,全球每年约有数百万人感染登革热,死亡人数超过2万,全球有40%人口受到它的威胁。登革热病原体是登革病毒,变化多端,共有4种亚型。

  登革热会导致骨痛、出血甚至死亡。“登革”这个名字很可能起源于非洲土著居民的语言,意为“恶魔附体”。两个月前,一场登革热在巴基斯坦爆发,导致20余人死亡。

  目前,全球尚没有针对登革热的特效药物,找到控制登革热传播的方法一直是个世界性热点课题。药物治疗的无能为力,研究人员于是把战胜登革热的希望寄托在消灭病媒蚊上。但是蚊子的生命力非常顽强,繁殖速度很快,而常规的药物灭蚊手段会令蚊子越来越具有抗药性,无法彻底解决问题。但是我们可以更好的预防这些传染病,尽量在一些公共的场合放置一些粘捕式灭蚊灯或点击式灭蚊灯,比如有些酒店就要用高级一点的粘捕式灭蚊灯等。