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强力灭蚊新工具——辐射加共生菌感染雄蚊

2019-08-07 浏览: 203 评论:0

摘要: 新一代每周生产3000万沃尔巴克氏体的幼虫车间。 (资料图片) 奚志勇教授(前排中)与合作伙伴在“蚊子工厂”手持即将释放的带菌雄蚊。 (资料图片) 一直以来,蚊子都是夏天最讨厌的害虫,吸人血,传播疾病,还很难被杀灭。日前,我国科学家传来好消息:通过放飞经过...

新一代每周生产3000万沃尔巴克氏体的幼虫车间。 (资料图片)

新一代每周生产3000万沃尔巴克氏体的幼虫车间。 (资料图片)

奚志勇教授(前排中)与合作伙伴在“蚊子工厂”手持即将释放的带菌雄蚊。 (资料图片)

奚志勇教授(前排中)与合作伙伴在“蚊子工厂”手持即将释放的带菌雄蚊。 (资料图片)

一直以来,蚊子都是夏天最讨厌的害虫,吸人血,传播疾病,还很难被杀灭。日前,我国科学家传来好消息:通过放飞经过辐射加共生菌感染双重手段处理的雄蚊,以蚊治蚊,清除了实验区域内可传播登革热、寨卡病毒的野生白纹伊蚊种群,让人期待。

顶级学术期刊《自然》7月18日发表一篇论文,展现了一种强有力的灭蚊新工具。中山大学—密歇根州立大学热带病虫媒控制联合研究中心主任奚志勇团队在广州两个实验区域,放飞大量经过辐射加共生菌感染双重手段处理的雄蚊,以蚊治蚊,实现了对实验区域内可传播登革热、寨卡病毒的野生白纹伊蚊种群的清除。

这种灭蚊新工具是什么原理?靠谱吗?什么时候能投入大规模应用?请看经济日报记者采写的报道。

以蚊治蚊的两条路线

以蚊治蚊其实就是科学家们想尽办法给蚊群绝育,它绿色环保,无需杀虫药,也不用担心蚊子产生抗药性。但以蚊治蚊也有不同的技术路线。

一种是辐射法。上世纪50年代,科学家们使用放射性辐照去处理果蝇和螺旋锥蝇等害虫的幼虫,然后选出那些不育的雄虫大量放飞,野外的雌虫与它们交配就无法产生后代,收到良好灭蝇效果,成功压制了害虫的种群规模。然而,这个技术能搞定蝇类,却不能搞定蚊子。科学家们在蚊子身上做同样实验时发现,被辐射过的不育雄蚊子们,对野外生活的适应力下降了,对野生雌蚊子的吸引力更是严重下降,根本竞争不过野生雄蚊子,达不到消灭蚊群的目的。

另一种是感染法。共生菌沃尔巴克氏菌生活在昆虫宿主的细胞中,经母亲传给下一代,并影响宿主的繁殖。科学家们让雄蚊子感染一种沃尔巴克氏体菌株,再大量放飞。这种感染不会降低雄蚊子的交配竞争力,因此可以与野生雌蚊子实现正常交配产卵。但沃尔巴克氏体感染会导致胞质不相容性,令这些蚊卵在胚胎发育早期死亡,不能孵出蚊子幼虫。这样就达到了给蚊群绝育的目的。

值得一提的是,奚志勇正是该灭蚊技术首创者。2005年,他在全球首次建立以显微胚胎注射法在蚊媒中转染沃尔巴克氏体的技术,并以第一作者身份在《科学》上发表该研究成果,引发了该领域的研究热潮;2009年,他与国际同行同时首次发现沃尔巴克氏体可直接抗登革热病毒。

但感染法也存在缺陷。“胞质不相容性,就好像血型不配对。雄蚊感染,雌蚊不感染,就没有下一代。雌蚊感染,下一代就感染。但如果雌蚊雄蚊都携带同种菌株,他们就能正常产生下一代。因此,放飞的被感染蚊子只能是雄蚊,不能夹有雌蚊。”奚志勇说。

然而,在大规模生产这种带菌蚊子的“蚊子工厂”中,要做到没有一只漏网雌蚊,很难。而只要有少量雌蚊漏网,种群压制的效果就会被破坏。“仅用这种方法,只能达到70%的种群压制。如果追求种群清除,放飞更多雄蚊,可能会有更多漏网的感染雌蚊产生下一代,导致整个种群压制效果的失去。”奚志勇说。

在广州,有一个世界最大规模的“蚊子工厂”。一般来讲,大规模机械分离蚊子的雌蛹和雄蛹,只是依据其大小差异,这会带来大约0.2%至0.5%的雌蚊感染率,还需要二次人工筛选去除掉雌蛹。这种劳动密集的人工筛选会大大限制蚊子产量,并且不能保证万无一失。

对此,奚志勇团队想出了把感染法和辐射法结合起来的新办法:首先,他们建立了携带3种沃尔巴克氏菌株的白纹伊蚊。广东的野生白纹伊蚊,本身即天然含有两种沃尔巴克氏体菌株。而三重感染的好处,一是通过放飞的感染雄蚊与野生雌蚊交配诱导其绝育;二是可以极大抑制登革热病毒和寨卡病毒,增强技术的安全性。然后,他们对机械筛选过的蚊蛹采用低剂量辐射,这可使雌蚊不育,但只会轻微影响其交配竞争力。这样就可以取代人工筛选,极大提高了产能,并获得更好的种群压制效果。

其实给蚊子做不育的技术路线,还有一种是转基因。但为什么不用转基因技术呢?转基因蚊的大众接受度低,目前世界上仅有极少数国家允许释放转基因蚊,中国仍不允许。“最关键一点,现有的转基因蚊技术没有我们的技术效果好。”奚志勇教授自豪地说。

效果卓著的实地试验

感染法和辐射法结合起来后,实际灭蚊效果如何?

奚志勇团队在广州疾控中心的支持下开展了大规模实地试验,取得了显著效果。广州市疾病预防控制中心副主任张周斌介绍,他们早在2012年就开始合作,负责研究项目在广州试验点的筛选、确定、监测,以及社区教育。真正做两种技术结合的灭蚊实验,则是从2014年开始。“我们在广州市南沙区黄阁镇沙仔岛与番禺区石碁镇大刀沙村,陆续开展项目研究。”

沙仔岛和大刀沙村都是江中沙洲岛地形,比较孤立,能更明显地看出实验效果。在繁殖高峰期,“蚊子工厂”每周产生500多万只雄蚊,试验地点每周每公顷释放16万多只蚊子。

“经过实验我们发现,2年就能达到接近根除靶标蚊种的效果。年度平均压制效果达到90%以上。”奚志勇说。

实验也进一步完善了灭蚊技术细节,验证了此前的许多科学猜测。比如,释放雄蚊与野生雄蚊的比例。研究团队事先用数学模型和半野外笼子研究,算出带菌雄蚊对野生雄蚊数量达到5:1的比例,即可保证种群压制。研究发现,采取这一比例,在实验室条件下连续释放三代到四代带菌雄蚊即能根除蚊子种群,而野外释放由于会有外来蚊虫的迁入,以及储存在自然界的能存活1年至2年的白纹伊蚊卵,就需要更长一些时间达到种群压制效果。

奚志勇说:“随着蚊子压制效果的增加,居民社区对该技术的支持度也显著增加。未来,我们希望将此技术作为一种绿色环保的灭蚊手段向全球推广。”

实验还确认了这种技术对寨卡病毒的抑制作用。广东省疾病预防控制中心副主任林立丰介绍,2016年3月1日,广东省启动了防治寨卡病的攻关项目。经过研究发现,白纹伊蚊会传播寨卡病毒,但在感染沃尔巴克氏体菌株的白纹伊蚊中,沃尔巴克氏体菌株对寨卡病毒的增殖有抑制作用,同时也可以抑制寨卡病毒经卵传递到下一代蚊虫的能力。

“白纹伊蚊能传播什么疾病,这个技术就能让我们预防相应疾病。”林立丰表示,期待该项目的持续研究和更大范围应用。

“该试验几乎将一种难以控制的病媒蚊子从试验点消灭了,这是值得注意的。”美国乔治城大学皮特·安布鲁斯特教授在同期的《自然》发表评论文章说:“他们的工作表现出实质性进展,并展示了一种能预防蚊媒传染病的潜在强有力工具。”

还有多久能投入应用

用这种方法来灭蚊,成本高吗?“目前,每公顷每年要投入108美元至163美元,这与传统用昆虫绝育技术来控制农业害虫的成本非常接近,是一个比较可行的价格方案。”奚志勇说。此外,广州的“蚊子工厂”过去采用一代技术,一周产500万只雄蚊;2018年后改进生产环节,现有二代生产线的自动化程度极大提高,每周可产1000万只雄蚊。

那么,该技术何时能投入使用?“我们已向农业农村部申请报批,将它作为微生物杀虫剂来使用。”奚志勇说,团队正根据相关要求递交一系列数据,等该技术获得批准,拿到农药登记证,就可以开展商业化应用了。“预计未来1年到3年内就可以投入使用。”

疾控部门会采用这种技术吗?“这个理论和技术对于广东省的蚊虫防控非常有利。近几年,广东省的登革热疫情持续发生,由于没有疫苗和特效药,只能通过灭蚊控制传播。但现在面临的问题是,经常使用杀虫剂,导致蚊虫产生耐药性,防控效果受到一定影响。我们需要采取绿色、环保、有效的新技术,而人工感染沃尔巴克氏体雄蚊的投放,正是这样的技术。”林立丰说。

那么,该技术还能进一步优化吗?“目前,我们已开始研究将该技术用于城市中的登革热高风险点控制。在实战中,我们有许多新的收获。”奚志勇说,城市环境比最初做实验的沙仔岛复杂得多,团队正在研究该技术在高楼大厦和城中村这两种代表性环境下的应用。比如,无人机项目已开展了一年多,这种无人机将可以适应城中村复杂环境并用于带菌雄蚊投放。“无论从种群压制效果、菌株对传染病毒的抑制效果,还是从其他多种指标来看,目前我们的技术都是最好的。”奚志勇说。

三重感染加辐射!为给蚊子绝育,科学家们真是操碎了心。期待人们免受“蚊扰”的苦恼。

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