人蚊大戰(zhàn)中的兩大殺器

南方周末特約撰稿 湯波

昆蟲不相容技術(shù)

數(shù)十年的經(jīng)驗(yàn)表明，控制蚊子種群數(shù)量是防治蚊媒傳染病最為有效的方法，在這方面，昆蟲不相容技術(shù)和轉(zhuǎn)基因技術(shù)等將大有作為。

沃爾巴克氏菌是世界上分布最為廣泛的共生菌，可以感染約60%的昆蟲。在自然界，蚊子等昆蟲感染沃爾巴克氏菌（Wolbachia）之后，會與沃爾巴克氏菌形成穩(wěn)定的共生關(guān)系，而且還能將這種共生菌傳遞給后代，其中感染該菌的雄蚊與自然界未感染或感染不同種沃爾巴克氏菌的雌蚊交配，其所產(chǎn)的卵不能正常發(fā)育，這種現(xiàn)象稱為胞質(zhì)不相容性。利用這一自然規(guī)律，科學(xué)家從果蠅等昆蟲體內(nèi)將沃爾巴克氏菌提取出來，導(dǎo)入到傳播致病微生物的蚊子體內(nèi)，讓感染沃爾巴克氏菌的雄蚊與野外未感染的雌蚊交配，使其所產(chǎn)的蚊卵不能孵化，逐步縮減蚊子種群，這一技術(shù)即為昆蟲不相容技術(shù)，本質(zhì)上也是一種昆蟲不育技術(shù)。

1967年，沃爾巴克氏菌介導(dǎo)的昆蟲不相容技術(shù)首次對傳播絲蟲病的致倦庫蚊種群控制取得初步成功，之后多個(gè)研究小組證明了沃爾巴克氏菌能有效介導(dǎo)蚊子不育。但是前期研究均是自然感染，感染過程不易控制，而且一些本身不易感染沃爾巴克氏菌的蚊子如埃及伊蚊等，就難以運(yùn)用該技術(shù)。

直到1994年，美國耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院司格特·奧尼爾等人利用胚胎顯微注射技術(shù)，將白紋伊蚊體內(nèi)的沃爾巴克氏菌注射到果蠅體內(nèi)，這種果蠅表現(xiàn)出與自然感染果蠅相同的胞質(zhì)不相容性，由于操作簡便精準(zhǔn)，這種顯微注射技術(shù)很快得到推廣。

2005年，美國肯塔基大學(xué)斯蒂芬·多布森研究團(tuán)隊(duì)首次在實(shí)驗(yàn)室利用顯微注射技術(shù)將白紋伊蚊體內(nèi)的沃爾巴克氏菌轉(zhuǎn)移到埃及伊蚊體內(nèi)，可用來控制這種臭名昭著的害蟲種群數(shù)量。要知道埃及伊蚊可是登革熱、基孔肯雅病和黃熱病等多種致命傳染病流行的罪魁禍?zhǔn)祝?016年寨卡病毒疫情在世界多地爆發(fā)，也是拜埃及伊蚊所賜。該研究成果發(fā)表在《科學(xué)》雜志，中國科學(xué)家奚志勇博士為第一作者。

奚志勇博士目前已學(xué)成歸國，領(lǐng)導(dǎo)中山大學(xué)熱帶病防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室蟲媒控制研究團(tuán)隊(duì)，繼續(xù)在國內(nèi)開展沃爾巴克氏菌介導(dǎo)的不育蚊子研究。據(jù)南方都市報(bào)報(bào)道，在2015年3月開始進(jìn)行的野外放飛試驗(yàn)中，奚志勇教授團(tuán)隊(duì)在位于廣州市南沙區(qū)的沙仔島上釋放了約650萬只不育雄蚊，結(jié)果在持續(xù)釋放區(qū)，蚊子幼蟲清除率幾乎達(dá)到100%，而成蟲的控制效果也達(dá)到97%。這是國內(nèi)第一次不育蚊子的大型野外放飛試驗(yàn)，也是世界上最大規(guī)模的不育蚊子放飛試驗(yàn)。

在國際上，肯塔基大學(xué)斯蒂芬·多布森教授等人于2010年成立了一家專門從事沃爾巴克氏菌不育蚊子研究和生產(chǎn)的公司MosquitoMate。該公司于2016年8月前后，在美國加州的克羅維斯市120英畝的區(qū)域內(nèi)，釋放了約40萬只感染沃爾巴克氏菌的埃及伊蚊雄蚊。今年4月中旬，該公司又獲準(zhǔn)在佛羅里達(dá)群島的斯托克島上開展類似的野外放飛試驗(yàn)，預(yù)計(jì)在12周時(shí)間內(nèi)，將釋放40萬-50萬只不育的埃及伊蚊雄蚊，不過這些野外放飛試驗(yàn)的實(shí)際效果有待公布。除了美國上述地區(qū)，MosquitoMate公司還計(jì)劃在印度尼西亞、哥倫比亞、越南和巴西等國家開展不育雄蚊的野外放飛試驗(yàn)。

當(dāng)然，即使這些不育雄蚊在控制蚊子種群數(shù)量上表現(xiàn)出色，但是其產(chǎn)業(yè)化還有很多工作要做，比如確保感染蚊子的沃爾巴克氏菌不會感染人類或其它生物，以及驗(yàn)證對蚊子種群控制是否能減少寨卡病毒、登革熱等疾病發(fā)生率。英國利物浦熱帶醫(yī)藥學(xué)院的一位昆蟲學(xué)家菲利普·麥考爾教授對《自然》雜志記者表示，要完成這些工作，預(yù)計(jì)需要十年時(shí)間。屆時(shí)，同樣采取不育策略的蚊子或許真的后來居上了。

轉(zhuǎn)基因蚊子

相比核輻射和細(xì)菌感染的不育蚊子，轉(zhuǎn)基因不育蚊子的研發(fā)歷史要短一些。

本世紀(jì)初，英國牛津大學(xué)盧克·阿爾菲博士團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種控制害蟲種群的新方法，即將一種致死基因轉(zhuǎn)染到昆蟲基因組中，而這種致死基因是四環(huán)素（一種廣泛使用的抗生素）依賴的，即在有四環(huán)素的環(huán)境里，這種致死基因則只產(chǎn)生極少量的毒素，基本不會對昆蟲造成傷害，而在缺乏四環(huán)素的環(huán)境里，這種基因會刺激轉(zhuǎn)基因昆蟲體內(nèi)產(chǎn)生大量毒素，最后導(dǎo)致轉(zhuǎn)基因昆蟲幼蟲死亡。這項(xiàng)技術(shù)最早是在果蠅中應(yīng)用，之后被應(yīng)用到蚊子及其它農(nóng)業(yè)害蟲上，以控制這些害蟲種群數(shù)量，達(dá)到阻斷蚊媒疾病傳播和防治農(nóng)業(yè)病蟲害的目的。2002年，盧克·阿爾菲博士發(fā)起成立了Oxitec公司，2015年8月，該公司以1.6億美元被美國生物技術(shù)巨頭Introxon公司收購。

2007年，盧克·阿爾菲教授團(tuán)隊(duì)首次報(bào)道了利用上述技術(shù)培育出轉(zhuǎn)基因不育埃及伊蚊雄蚊，之后開展了一系列野外放飛試驗(yàn)來驗(yàn)證這種新的不育蚊子能否控制埃及伊蚊種群數(shù)量。那么，轉(zhuǎn)基因伊蚊如何消滅野生蚊蟲的呢？科研人員先在實(shí)驗(yàn)室用含有四環(huán)素的食物飼養(yǎng)轉(zhuǎn)基因雄蚊，然后將轉(zhuǎn)基因雄蚊大量釋放到野外，讓其尋找野生雌蚊并與之交配，野生雌蚊產(chǎn)下轉(zhuǎn)基因蚊蟲卵，由于野外缺乏四環(huán)素，這些轉(zhuǎn)基因蚊蟲卵孵化后，伊蚊幼蟲所攜帶的致死基因會產(chǎn)生大量毒素，導(dǎo)致轉(zhuǎn)基因幼蚊很快夭折，經(jīng)過連續(xù)釋放，使得野生蚊蟲數(shù)量大幅減少。

為了驗(yàn)證上述“以蚊制蚊”的策略是否有效，2009年，英國牛津大學(xué)和Oxitec公司的研究人員選擇開曼群島進(jìn)行兩次轉(zhuǎn)基因蚊子的放飛試驗(yàn)。第一次放飛試驗(yàn)在一個(gè)25英畝的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，釋放近2萬只轉(zhuǎn)基因雄蚊。試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，轉(zhuǎn)基因雄蚊有半數(shù)成功地與野生雌蚊交配，這一比例足以抑制蚊子的種群。之后，科研人員又在一個(gè)面積約16公頃區(qū)域內(nèi)開展了第二次放飛試驗(yàn)，先后釋放了約330萬只轉(zhuǎn)基因雄蚊，６個(gè)月后，開曼群島上的埃及伊蚊數(shù)量下降了80%。

自2011年起，Oxitec公司開始與巴西相關(guān)機(jī)構(gòu)合作，在巴西東北部進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果令人鼓舞，在放飛轉(zhuǎn)基因蚊子后，試驗(yàn)區(qū)野生埃及伊蚊數(shù)量比對照區(qū)減少了80%以上。2015年4月開始，Oxitec公司又在巴西圣保羅北部皮拉西卡巴市開展了連續(xù)放飛試驗(yàn)。據(jù)Oxitec公司和皮拉西卡巴市政廳聯(lián)合宣布，第一年試驗(yàn)區(qū)野生埃及伊蚊數(shù)量減少了82%以上，第二年則減少了81%，而且所使用的轉(zhuǎn)基因伊蚊數(shù)量只有第一年的59%。

2014年4月10日，巴西全國生物安全技術(shù)委員會得出結(jié)論，認(rèn)為Oxitec公司轉(zhuǎn)基因伊蚊不會對人和環(huán)境產(chǎn)生安全風(fēng)險(xiǎn)，可以在巴西進(jìn)行商業(yè)化應(yīng)用，2016年4月，巴西國家衛(wèi)生監(jiān)督局宣布將給Oxitec公司轉(zhuǎn)基因伊蚊發(fā)放一張?zhí)厥馀R時(shí)注冊牌照，巴西有望成為世界首個(gè)允許轉(zhuǎn)基因昆蟲商業(yè)化應(yīng)用的國家。

Oxitec公司正在哥倫比亞、印度、巴拿馬等地開展類似野外放飛試驗(yàn)。值得關(guān)注的是，Oxitec公司已向美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）提出申請，計(jì)劃在佛羅里達(dá)群島開展轉(zhuǎn)基因伊蚊放飛試驗(yàn)，2016年8月，美國FDA出具報(bào)告，認(rèn)為Oxitec公司轉(zhuǎn)基因伊蚊放飛對人和環(huán)境沒有安全風(fēng)險(xiǎn)，不過最終批準(zhǔn)文件要等到今年6月以后。因?yàn)樵谧罱K批準(zhǔn)Oxitec公司轉(zhuǎn)基因伊蚊在美國商業(yè)化應(yīng)用之前，美國FDA在今年1月19日開始征詢對轉(zhuǎn)基因伊蚊的公眾意見，原計(jì)劃3個(gè)月，后來又延期至6月19日。

有生態(tài)學(xué)家擔(dān)心，如果利用轉(zhuǎn)基因不育技術(shù)消滅了某種蚊子，可能會導(dǎo)致以蚊子為食的其它動(dòng)物滅絕，從而破壞生態(tài)平衡。另外，與沃爾巴克氏菌感染的不育蚊子一樣，轉(zhuǎn)基因伊蚊也需要證明自己能有效減少蚊子傳播的寨卡病毒、登革熱等疾病發(fā)生率。