[科普中國]-首次大規(guī)模滅蚊實驗大獲成功：利用神奇細菌將伊蚊數(shù)量削減80%

在數(shù)千萬只蚊子中準確高效地篩選出其中的雄性個體已經非常困難，更絕的是對它們進行不育處理的過程中，該團隊竟然利用了一種神奇的細菌。讓雄蚊“斷子絕孫” 的細菌到底是何方神圣？ 這項研究到底是如何實施的？背后的奧秘一定會令你拍案叫絕。蚊媒傳染病——人類的公共衛(wèi)生浩劫蚊子無疑是夏季最令人惱火的生物，除了夜間影響睡眠且造成叮咬處痛癢難耐之外，蚊子更是多種嚴重疾病的主要傳染源。據統(tǒng)計，伊蚊、瘧蚊、庫蚊這三種臭名昭著的蚊子與全世界17%的傳染病病例相關，由此可見，人類與蚊子確實有不共戴天的血海深仇。正在吸食人血的埃及伊蚊，來源：Freepik.com更加糟糕的是，由于城市化和全球變暖進程促使局地和全球平均溫度緩慢攀升，蚊子的活躍地區(qū)亦逐年擴大。今后，登革熱、寨卡病毒等長久以來局限于熱帶、亞熱帶地區(qū)的蚊媒傳染病將可能向人口稠密的溫帶都市蔓延，它們的主要宿主——埃及伊蚊也被稱為是地球上最危險的蚊子。寨卡病毒感染孕婦后引起的胎兒小頭畸形，來源：CDC, public domain世界首次！大規(guī)模絕育雄蚊釋放實驗來自昆士蘭州詹姆士庫克大學的研究團隊擔負了繁育大量埃及伊蚊和從中大批量篩選雄蚊的實驗任務。所需的培養(yǎng)工藝和篩選技術大部分來自谷歌旗下的生物工程公司Verily Life Sciences，該公司利用物聯(lián)網技術實時、動態(tài)的掌握蚊蟲繁育所需的各種溫濕度條件，再經由客制化的反饋算法決定最佳繁殖條件。高度數(shù)字化的蚊子“工廠”可以在一周內繁育出數(shù)百萬只蚊子，并且在實地釋放時也有類似的傳感器陣列感知某處蚊蟲數(shù)量，從而合理高效地決定各處的釋放份額。詹姆士庫克大學繁殖出大量埃及伊蚊后，又利用Verily Life Sciences提供的技術準確、高效地篩選出多達2000萬只雄蚊。之后，一種名為沃爾巴克氏體（Wolbachia）的細菌被用來感染雄性伊蚊并使之喪失生育能力。2017年11月到2018年6月間，該團隊在昆士蘭州北部的因尼斯費爾（Innisfail）分批釋放絕育雄蚊，并檢測野外伊蚊種群的數(shù)量變化。根據他們的結果，Innisfail當?shù)匾廖梅N群的規(guī)?？s減了80%，實驗大獲成功。加州的蚊子“工廠”沃爾巴克氏體——神秘而殘忍的寄生細菌沃爾巴克氏體（Wolbachia）是一種寄生在細胞內的細菌，雄性伊蚊一旦感染這種細菌便會喪失生育能力。此種細菌的宿主主要是節(jié)肢動物（包括昆蟲綱，蛛形綱，多足綱以及甲殼綱）和一些線蟲，不會感染包括人類在內的脊椎動物。不過，雖然沃爾巴克氏細菌本菌跟人類是沒什么直接接觸，但是作為它們宿主的一些害蟲，比如蚊子錐蝽之流，跟人類的關系可就大了。俗話說敵人的敵人是朋友，為了人類自身的利益我們當然不能放過任何打擊敵人的機會，哪怕盟友只是一只小小的細菌。沃爾巴克氏細菌，作者：Scott O'Neill比起其它抓著細胞的外膜硬擠進去感染宿主的細菌，沃爾巴克氏細菌的傳播手段可以說是非常不堪一擊——它絕大多數(shù)時候只能通過蟲的繁殖過程進行母子之間的垂直傳播，而不能在個體之間進行橫向傳播。但是在蟲子繁殖的時候，與未被感染的健康個體比起來，被沃爾巴克氏細菌感染的個體占有絕對優(yōu)勢。所以一旦沃爾巴克氏細菌在某一地區(qū)感染新的物種，它就會迅速波及整個種群。為了達到廣泛傳播的目的，沃爾巴克氏細菌的繁殖策略可以概括成8個字：“優(yōu)勢感染，重女輕男”。由于沃爾巴克氏細菌生活在動物細胞質中，在動物產生生殖細胞的時候，擁有豐富細胞質的卵子就成為沃爾巴克氏細菌的天堂，而幾乎沒有細胞質的精子會在形成過程中把沃爾巴克氏細菌排除在外。如果任由被感染的雄性產生健康的精子，無異于放虎歸山。狡詐的沃爾巴克氏細菌為防止領地得而復失，會放出毒素污染被感染雄性的精子。健康雌性的卵子會和這些“毒精子”產生細胞質不相容效應，無法正常受精發(fā)育；但同樣被感染的雌性產生的卵子卻自帶解毒劑，能夠發(fā)育成攜帶沃爾巴克氏細菌的后代。如此一來，健康雌性只能和健康雄性繁殖產下健康后代，被感染雌性卻可以和所有雄性繁殖產下被感染的后代。這就造成種群內被沃爾巴克氏細菌感染的個體比例迅速擴增。細胞質不相容是沃爾巴克氏細菌最常見的一種繁殖策略。細胞質不相容策略除此之外，沃爾巴克氏菌還能通過強制雌性化、孤雌生殖和雄性致死等方式對宿主昆蟲的生殖行為施加不利影響。沃爾巴克氏細菌的花式殺蟲手段成功引起了科學家的關注，本次由CSIRO主持的研究正是利用了被沃爾巴克氏菌感染的雄性伊蚊在繁殖時會發(fā)生細胞質不相容的現(xiàn)象。大量被沃爾巴克氏細菌感染的雄性埃及伊蚊在與正常雌蚊交配后，無法產生后代，從而使伊蚊種群慘遭滅頂之災。沃爾巴克氏菌——來自百年前基礎研究的滅蚊利器在這輪大規(guī)模滅蚊實驗中，科學家們巧妙的利用了自然界中早已存在的數(shù)千萬年的自然設計，將人類智慧和現(xiàn)代科技融合于具體的應用場景。沃爾巴克氏細菌如今能夠為人所用，離不開1924年沃爾巴克先生（S. Burt Wolbach）日復一日捉蟲子找細菌的單調時光。也許當年沃老先生只是沉迷于奇妙的自然設計，不想人類今日竟然得益于此。這樣的故事大概是“基礎研究有什么用”這個問題的最好詮釋。撰稿| 夏至 大阪大學免疫前沿研究所博士 科了個普作者審稿 | 中科院上海植物生理生態(tài)研究所的副研究員張曉偉大阪大學醫(yī)學部研究員 李俊君文章由“科普中國頭條創(chuàng)作與推送項目”團隊推出轉載請注明來自“科普中國”