嗡嗡再见!科学家成功消灭了广州两个小岛的蚊子

发布: | 发布时间:2019-08-2,星期五 | 阅读:405

原文作者:Peter A. Armbruster

在中国的两个试验点,研究人员采用了一种对付白纹伊蚊的新方法,将它们几乎尽数消灭。这个物种入侵性很强,而且会传播致病的病毒。

依靠蚊子传播的病毒,包括登革热、屈公病和寨卡病毒,都是对公共卫生防疫很大的威胁【1】。由于大部分蚊媒病毒都没有疫苗或特效药,病媒控制——遏制传播病毒的蚊虫种群——依然是减少疾病爆发的主要手段。白纹伊蚊(也叫亚洲虎蚊,Aedes albopictus)近年来迅速散布到了更多地域,在人口密集的城市环境中也逐渐流行起来,而且它们对传统病媒控制手段的抵抗力很强【2】。在《自然》发表的文章中,郑小英等介绍了一种新的方案,几乎将白纹伊蚊在两个野外试验站消灭殆尽,这对未来控制白纹伊蚊和其它载病蚊类具有一定的提振作用【3】。

过去二十年间,涌现出了各种各样减少蚊媒病毒和其它致病微生物传播的新方案【4】。这些方案的目标或者是控制蚊子种群数量(称为种群抑制),或者是通过在自然种群中扩散改造的基因或病菌感染使野生蚊子无法传播传染病(称为种群置换)。

沃尔巴克氏体属(Wolbachia)细菌寄生在昆虫宿主的细胞内,会从母体传递到下一代,影响宿主的繁殖过程,这使得它们能同时实现种群抑制和种群置换。举例来说,当感染某种沃尔巴克氏体的雄性伊蚊和未被感染的雌蚊交配,雌蚊将无法产下有活性的卵(图1a)。另外,释放一些同时感染了会降低伊蚊病毒传播能力的沃尔巴克氏体的雄蚊和雌蚊,能够造成该菌株在整个种群中扩散(图1b)。事实上,依靠沃尔巴克氏体对白纹伊蚊的近亲埃及伊蚊(Aedes aegypti)进行种群置换的田野试验正在五个国家进行【4】。除此之外,以前也有一些依靠沃尔巴克氏体对其它蚊类进行种群抑制的试验获得了成功【4】。

图1 用沃尔巴克氏体细菌来控制传播疾病的伊蚊种群。
a 一种控制方法叫作种群抑制,即释放被一种沃尔巴克氏体感染的雄蚊,它们无法和未感染同一菌种的雌蚊产生有生育能力的后代。郑小英等人研究的一个目标就是用这种方法抑制白纹伊蚊的种群数量,他们释放了带有沃尔巴克氏体的wPip菌株的雄性白纹伊蚊,这个菌株来自于另一种蚊子尖音库蚊(Culex pipiens)。
b 被特定沃尔巴克氏体菌株感染的雌蚊能够产生有活性的卵,不管与之交配的雄蚊有没有被同一菌株感染。于是,如果感染了wPip菌株的雌蚊被意外释放,野生雌蚊比wPip雌蚊能产生后代的数量少,wPip菌株的感染范围会迅速在种群中扩大,实现种群置换。但是,郑小英等人的研究表明,感染wPip的伊蚊比野生蚊携带致病病毒的几率更小。因而,种群置换也能够减少病毒的传播。

白纹伊蚊的入侵性极强,过去40年里,它们已经从原住地亚洲飞速扩散到了除南极洲之外的所有大洲【5】。这种伊蚊很难控制,部分原因是它们的幼虫能在形形色色的人造场所中发育,很难用杀虫剂彻底杀灭,而且它们的卵有防水性,能在休眠状态下存活很长时间。

郑小英和同事们的计划是释放被某种沃尔巴克氏体感染的雄性白纹伊蚊,以此抑制居民区中稳定存活的伊蚊种群,试验点在中国广州市一条河中的两个小岛上。野生的白纹伊蚊种群中有两种不会阻断病毒传播的沃尔巴克氏体感染【6】。研究者们于是用第三种沃尔巴克氏体感染了白纹伊蚊,这个菌株叫做wPip,来自于另一种蚊子尖音库蚊(Culex pipiens,由此在实验室中培育的一群伊蚊被他们命名为“HC群”。

当HC群的雄性白纹伊蚊和野生双菌株感染的雌蚊交配,产生的所有胚胎均会死亡,如同预计的一样,因为雌蚊没有被相同的wPip菌株感染(图1a)。然而,胚胎死亡的现象在感染了wPip的雄蚊和同样感染wPip的雌蚊交配后不会出现(图1b)。因而,这些研究者的方法中有一个风险,如果在释放的wPip雄蚊中混入了wPip雌蚊,它们就会将wPip感染迅速传播到整个野生种群,从而破坏靠释放wPip雄蚊来抑制种群数量的初衷。但这个风险不是很大,因为他们同时发现HC群的雌蚊比野生雌蚊更难感染登革热和寨卡病毒。所以,尽管最初的目的是种群抑制,如果意外释放了一些HC雌蚊,最差的情况也是实现种群置换(图1b)——对于公共卫生来说仍然是有益的。

郑小英和同事们最大的创新之处在于他们培育HC群伊蚊的方法。在大规模培育蚊子的设施中,雄蚊蛹和雌蚊蛹往往是根据尺寸不同来机械分离的。用这种方法得到的雄蚊中有一定的雌蚊混入率,大约是0.2-0.5%,因而需要采用额外一步人工检查来去除雌蚊蛹——靠它们不同的解剖结构来分辨。但是,这种工作量极大的人工检查严重限制了能制备的伊蚊总量。郑小英等人取消了人工检查这一步,用低剂量的放射线处理HC群蚊蛹,这会使雌蚊绝育,而对雄蚊的生育能力影响不大。由于取消了人工检查的步骤,他们能够释放的雄蚊数量提高了十多倍。

种群抑制方案的关键因素是释放的雄蚊和野生雄蚊的比例。因而,郑小英等人用数学模型和笼养试验估算了释放雄蚊的最佳数目和时间。在繁殖高峰期,繁育设施每周产出了500多万只雄蚊,换算到试验点是每周每公顷逾16万只。在试验点和附近对照地(无HC雄蚊释放),郑小英等人监测了野生蚊的产卵数量与活性,以及成年蚊的数量和叮人率。

释放雄蚊的试验连续两年取到了惊人的效果。相比对照地,试验点的野生蚊活卵数两年均下降了94%,同时用装置捕获的野生成年雌蚊数在两个试验点分别降低了83%和94%(只有雌蚊会吸血)。更值得一提的是,估算的叮人率下降了96.6%之多。据调查,最初当地居民对释放试验的态度大多是怀疑或者漠不关心,后来他们的支持率从13%上升到了54%。

郑小英和同事们的试验十分出色,他们在试验点几乎消灭了这种臭名昭著又极难控制的病媒蚊。但是,这个方法的长期可持续性还有一些疑问。例如,一旦释放停止,别地迁移来的伊蚊重建自然种群仍不可避免。这类种群重建或许能靠定向释放少量雄蚊或者其它传统的病媒控制手段来防治,但这些额外行动所需要的强度和成本仍然未知。另外,仍不清楚这个方法能够扩大到多大的空间范围。关于自动释放技术和性别分离方法的一些研究,将会大大提升选育和释放的能力(见参考文献7)。但是,这些技术进步能否战胜财政和制度上的挑战,应用于主要城市群乃至全国来阻隔疾病传播,还是一个未知数。

没有任何单一的病媒控制方案能够完全控制病媒蚊;将多种手段整合起来可能才是最有效的【8】。不过,郑小英和同事们的研究成果代表着一项重大进展,展现了一种新型强大工具对抗蚊媒传染病的潜力。

参考文献:

1. Weaver, S. C., Charlier, C., Vasilakis, N. & Lecuit, M. Ann. Rev. Med. 65, 395–408 (2018).

2. Bonizzoni, M., Gasperi, G., Chen, X. G. & James, A. A. Trends Parasitol.29, 460–468 (2013).

3. Zheng, X. et al. Nature 572, 56–61 (2019).

4. Flores, H. A. & O’Neill, S. L. Nature Rev. Microbiol. 16, 508–518 (2018).

5. Lounibos, L. P. Ann. Rev. Entomol. 47, 233–266 (2012).

6. Armbruster, P. et al. J. Med. Entomol.40, 356–360 (2003).

7. Gilbert, J. A. & Melton, L. Nature Biotechnol.36, 781–782 (2018).

8. World Health Organization. Global Vector Control Response 2017–2030 (WHO, 2017).

头图来源:Giorgia Guglielmi, World’s most invasive mosquito nearly eradicated from two islands in China, Credit: Gordon Zammit/Alamy

(注:该文按照一般论文引用的惯例称Zheng et al.,排位第一的作者是郑小英,但实际是有几位共同一作,中文新闻报道中以团队负责人为准,称奚志勇教授团队。)

原文以Tiger mosquitoes tackled in a trial为标题

发布在2019年7月17日《自然》新闻与观点上

Nature|doi:10.1038/d41586-019-02000-0


来源:Nature自然科研


 

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