沃爾巴克氏體技術(shù)控制蚊媒病研究概述

吳姣榕 張秋金 肖義軍

(福建師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 福州 300117)

蚊蟲給人類的生活造成很多困擾，蚊蟲也是登革熱、寨卡病毒、瘧疾等蟲媒病傳播的主要媒介。近年來，登革熱和寨卡病毒等蚊媒病呈現(xiàn)爆發(fā)性的增長，對蚊蟲的防控顯得愈發(fā)重要。目前針對蚊蟲的防控還是以傳統(tǒng)的化學(xué)殺蟲劑為主，但采用化學(xué)殺蟲劑的蚊媒控制方法面臨不斷增長的昆蟲抗藥性和環(huán)境污染的問題。目前，一種利用昆蟲共生菌沃爾巴克氏體(Wolbachia)的生物防治技術(shù)在蚊媒種群替換和蚊媒病控制上展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景。利用沃爾巴克氏體技術(shù)控制環(huán)境中的蚊蟲需要得到民眾的理解和支持，本文對沃爾巴克氏體技術(shù)及其在蚊媒病控制方面的應(yīng)用做一闡述。

1 沃爾巴克氏體及其對蚊媒病控制的原理

沃爾巴克氏體是一類存在于節(jié)肢動(dòng)物和線蟲體內(nèi)的共生菌，屬于變形菌門(Proteobacteria)，立克次體目(Rickettsiales)立克次體科(Rickettsiaceae)沃爾巴克氏體屬(Wolbachia)，由Hertig和Wolbach[1]從尖音庫蚊(Culexpipiens)的生殖組織中首次發(fā)現(xiàn)。1952年，Laven[2]發(fā)現(xiàn)某些庫蚊存在種內(nèi)交配的不親和性，該不親和性具有細(xì)胞質(zhì)遺傳特性，他將該現(xiàn)象命名為胞質(zhì)不相容性。1971年Yen和Barr[3]發(fā)現(xiàn)該胞質(zhì)不相容性是由沃爾巴克氏體誘導(dǎo)產(chǎn)生的：感染了沃爾巴克氏體的雄庫蚊與未感染沃爾巴克氏體的雌庫蚊交配所產(chǎn)的蚊卵不能孵化，而感染了沃爾巴克氏體的雌庫蚊無論跟感染還是未感染沃爾巴克氏體的雄庫蚊交配產(chǎn)生的蚊卵都能正常孵化成幼蚊，這后來又被稱為單向胞質(zhì)不相容性。此后進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，如果父本與母本感染了不同型的沃爾巴克氏體，則其交配后的受精卵也都不能孵化，這被稱為雙向胞質(zhì)不相容性。

使人們感興趣的是，被沃爾巴克氏體感染的蚊蟲會(huì)對人類病原體產(chǎn)生抗性。也就是說，感染了沃爾巴克氏體的蚊蟲可減輕甚至阻止由蚊類傳播的人類病原體(如登革熱病毒、寨卡病毒、瘧原蟲、絲蟲等)在蚊媒體內(nèi)的生長[4-5]。這一現(xiàn)象提示，可采用使蚊蟲感染沃爾巴克氏體的方法來控制蚊媒病的傳播。

2 采用沃爾巴克氏體技術(shù)控制蚊媒病的策略

目前沃爾巴克氏體技術(shù)在控制蚊類上的應(yīng)用主要用于對蚊媒進(jìn)行種群壓制和種群替換。種群壓制的目的是減少環(huán)境中靶標(biāo)蚊群的數(shù)量，是指基于沃爾巴克氏體引起的胞質(zhì)不相容性，將實(shí)驗(yàn)室建立的攜帶有沃爾巴克氏體的雄蚊釋放到天然不感染或感染不同型沃爾巴克氏體的靶標(biāo)蚊群中，通過多次釋放使得不育性狀在蚊群中擴(kuò)散，逐步減少以至消除靶標(biāo)蚊群。理論上通過持續(xù)釋放足夠數(shù)量的感染沃爾巴克氏體的雄蚊可以達(dá)到消除靶標(biāo)蚊群的效果。

種群替換是指將自然界野生的傳染疾病的蚊媒改造為抗病的蚊群，從而切斷蚊媒病的傳播。利用蚊蟲感染沃爾巴克氏體后產(chǎn)生的胞質(zhì)不相容性，將感染了新型沃爾巴克氏體后具有抗人類病原體的雌蚊釋放到靶標(biāo)蚊群中，可以實(shí)現(xiàn)釋放區(qū)域內(nèi)的原有野生蚊群被攜帶新型沃爾巴克氏體的抗病的新型蚊群替代，從而達(dá)到既切斷相關(guān)蚊媒疾病的傳播途徑，又不破壞環(huán)境原有的生態(tài)平衡。

應(yīng)用沃爾巴克氏體進(jìn)行蚊媒控制的前提是：要在靶標(biāo)蚊群中建立與野生型蚊株產(chǎn)生胞質(zhì)不相容性的新型沃爾巴克氏體感染蚊株。盡管沃爾巴克氏體分布廣泛，但一些重要的蚊媒天然不攜帶沃爾巴克氏體，如傳播登革熱的埃及伊蚊(Aedesaegypti)、傳播瘧疾的按蚊(Anopheles)等，采用胚胎顯微注射的方法將感染其他昆蟲的沃爾巴克氏體轉(zhuǎn)移到靶標(biāo)蚊蟲卵中即可建立一個(gè)穩(wěn)定攜帶沃爾巴克氏體的新型蚊株[6]。對于天然攜帶沃爾巴克氏體的蚊媒則可在原有基礎(chǔ)上再轉(zhuǎn)入新型的沃爾巴克氏體，或者通過抗生素處理殺滅細(xì)胞中原有的沃爾巴克氏體后再植入新型的沃爾巴克氏體。

3 采用沃爾巴克氏體技術(shù)控制蚊媒病的實(shí)踐

中山大學(xué)奚志勇團(tuán)隊(duì)借助胚胎顯微注射技術(shù)，將沃爾巴克氏體注入到伊蚊的卵中，獲得了一只穩(wěn)定共生沃爾巴克氏體的雌蚊，將這只雌蚊與普通的雄蚊交配產(chǎn)生的后代全部都攜帶有沃爾巴克氏體。經(jīng)過反復(fù)的傳代，現(xiàn)在中山大學(xué)已建成了世界上最大的蚊子“工廠”，生產(chǎn)攜帶有沃爾巴克氏體的雄伊蚊。2015年3月，在取得當(dāng)?shù)鼐用竦耐夂螅麄冊趶V州南沙沙仔島陸續(xù)釋放了約650萬只攜帶沃爾巴克氏體的雄蚊，在持續(xù)釋放區(qū)達(dá)到了幾乎百分之百清除蚊子幼蟲的效果，對成蟲的控制也達(dá)到97%。下一步，通過再釋放攜帶沃爾巴克氏體的雌蚊，使來這個(gè)小島的野生蚊群被抗登革熱的蚊群替換。通過種群替換就可以切斷登革熱的傳播。目前來自中國、美國、澳大利亞、巴西、哥倫比亞、印度尼西、泰國和越南的各國沃爾巴克氏體研究人員正在合作實(shí)施一個(gè)在全球“消滅登革熱”的計(jì)劃，利用沃爾巴克氏體技術(shù)徹底阻斷登革熱等蚊媒病的傳播。該計(jì)劃已在澳大利亞、越南、印度尼西亞、哥倫比亞、巴西和中國進(jìn)行控制蚊媒的現(xiàn)場試驗(yàn)，大多取得了預(yù)想的結(jié)果。

4 利用沃爾巴克氏體技術(shù)控制蚊媒病的展望

在基于沃爾巴克氏體蚊蟲的種群替代策略中，由于蚊群攜帶了穩(wěn)定共生的沃爾巴克氏體，因而對病毒具有長期的抗性，具有持續(xù)有效的優(yōu)點(diǎn)。一旦種群替換完成，即使有新的傳染源的輸入，也因不存在傳播途徑而使得相關(guān)疾病不能流行，達(dá)到可持續(xù)控制疾病的效果。此外，該技術(shù)對其他生物和環(huán)境零污染，并能與其他蟲媒控制(如化學(xué)殺蟲劑)和疾病控制(如疫苗和藥物)方法綜合使用，彼此沒有干擾。以活體蚊群為工具，可發(fā)揮其主動(dòng)尋找靶標(biāo)蚊群交配的優(yōu)勢，而無需進(jìn)行靶標(biāo)蚊群孳生地的精確定位。此效應(yīng)不僅僅局限于實(shí)施干預(yù)的地點(diǎn)，干預(yù)效應(yīng)可在一定范圍內(nèi)呈輻射狀放大。因此，是一項(xiàng)極為有效和經(jīng)濟(jì)的控制蚊媒的技術(shù)。

但目前也還有一些問題需要進(jìn)一步研究：例如沃爾巴克氏體的密度在新的宿主體內(nèi)可能會(huì)在長期的適應(yīng)性演化過程中逐漸降低[7]，所以完成種群替換后，新蚊媒種群的抗病能力能否在自然界長期存在尚待觀察。但自一個(gè)沃爾巴克氏體品系(wAlb B)被放入埃及伊蚊后已經(jīng)長達(dá)10年時(shí)間[6]，卻依然保留很強(qiáng)的抗登革熱活性，所以這一擔(dān)心也許是多余的。并且即使發(fā)生抗病能力降低，依然可以再次通過建立、篩選、釋放感染新型沃爾巴克氏體的蚊株完成新一輪的種群替換，以實(shí)現(xiàn)對蚊媒和蚊媒病的控制。種群替換與種群壓制相結(jié)合的方式，將是基于沃爾巴克氏體的蚊媒病控制的合理策略，即通過有規(guī)律地釋放攜帶新型沃爾巴克氏體的雄蚊，降低野外蚊媒種群的數(shù)量，再釋放少量雌蚊完成種群替換。這樣使得蚊蟲種群密度大大降低，既減輕蚊蟲對人類生活的騷擾、切斷蚊媒病的傳播，又不至于對環(huán)境的生態(tài)平衡造成過大的影響。但是該方法尚存在大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)雌雄蚊蟲分離的難題，這一問題的解決將會(huì)有效地促進(jìn)沃爾巴克氏體技術(shù)在蚊媒病控制上的應(yīng)用。

(基金項(xiàng)目：福建省自然科學(xué)基金項(xiàng)目，No.2016J01149； *通訊作者)