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獨辟蹊徑,效果明顯——我國科學家發現強力滅蚊新工具
2019-07-30 08:08:22 來源: 經濟日報
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  新一代每周生産3000萬沃爾巴克氏體的幼蟲車間。(資料圖片)

  奚志勇教授(前排中)與合作夥伴在“蚊子工廠”手持即將釋放的帶菌雄蚊。(資料圖片)

  一直以來,蚊子都是夏天最討厭的害蟲,吸人血,傳播疾病,還很難被殺滅。日前,我國科學家傳來好消息:通過放飛經過輻射加共生菌感染雙重手段處理的雄蚊,以蚊治蚊,清除了實驗區域內可傳播登革熱、寨卡病毒的野生白紋伊蚊種群,讓人期待。

  頂級學術期刊《自然》7月18日發表一篇論文,展現了一種強有力的滅蚊新工具。中山大學—密歇根州立大學熱帶病蟲媒控制聯合研究中心主任奚志勇團隊在廣州兩個實驗區域,放飛大量經過輻射加共生菌感染雙重手段處理的雄蚊,以蚊治蚊,實現了對實驗區域內可傳播登革熱、寨卡病毒的野生白紋伊蚊種群的清除。

  這種滅蚊新工具是什麼原理?靠譜嗎?什麼時候能投入大規模應用?請看報道。

  以蚊治蚊的兩條路線

  以蚊治蚊其實就是科學家們想盡辦法給蚊群絕育,它綠色環保,無需殺蟲藥,也不用擔心蚊子産生抗藥性。但以蚊治蚊也有不同的技術路線。

  一種是輻射法。上世紀50年代,科學家們使用放射性輻照去處理果蠅和螺旋錐蠅等害蟲的幼蟲,然後選出那些不育的雄蟲大量放飛,野外的雌蟲與它們交配就無法産生後代,收到良好滅蠅效果,成功壓制了害蟲的種群規模。然而,這個技術能搞定蠅類,卻不能搞定蚊子。科學家們在蚊子身上做同樣實驗時發現,被輻射過的不育雄蚊子們,對野外生活的適應力下降了,對野生雌蚊子的吸引力更是嚴重下降,根本競爭不過野生雄蚊子,達不到消滅蚊群的目的。

  另一種是感染法。共生菌沃爾巴克氏菌生活在昆蟲宿主的細胞中,經母親傳給下一代,並影響宿主的繁殖。科學家們讓雄蚊子感染一種沃爾巴克氏體菌株,再大量放飛。這種感染不會降低雄蚊子的交配競爭力,因此可以與野生雌蚊子實現正常交配産卵。但沃爾巴克氏體感染會導致胞質不相容性,令這些蚊卵在胚胎發育早期死亡,不能孵出蚊子幼蟲。這樣就達到了給蚊群絕育的目的。

  值得一提的是,奚志勇正是該滅蚊技術首創者。2005年,他在全球首次建立以顯微胚胎注射法在蚊媒中轉染沃爾巴克氏體的技術,並以第一作者身份在《科學》上發表該研究成果,引發了該領域的研究熱潮;2009年,他與國際同行同時首次發現沃爾巴克氏體可直接抗登革熱病毒。

  但感染法也存在缺陷。“胞質不相容性,就好像血型不配對。雄蚊感染,雌蚊不感染,就沒有下一代。雌蚊感染,下一代就感染。但如果雌蚊雄蚊都攜帶同種菌株,他們就能正常産生下一代。因此,放飛的被感染蚊子只能是雄蚊,不能夾有雌蚊。”奚志勇説。

  然而,在大規模生産這種帶菌蚊子的“蚊子工廠”中,要做到沒有一只漏網雌蚊,很難。而只要有少量雌蚊漏網,種群壓制的效果就會被破壞。“僅用這種方法,只能達到70%的種群壓制。如果追求種群清除,放飛更多雄蚊,可能會有更多漏網的感染雌蚊産生下一代,導致整個種群壓制效果的失去。”奚志勇説。

  在廣州,有一個世界最大規模的“蚊子工廠”。一般來講,大規模機械分離蚊子的雌蛹和雄蛹,只是依據其大小差異,這會帶來大約0.2%至0.5%的雌蚊感染率,還需要二次人工篩選去除掉雌蛹。這種勞動密集的人工篩選會大大限制蚊子産量,並且不能保證萬無一失。

  對此,奚志勇團隊想出了把感染法和輻射法結合起來的新辦法:首先,他們建立了攜帶3種沃爾巴克氏菌株的白紋伊蚊。廣東的野生白紋伊蚊,本身即天然含有兩種沃爾巴克氏體菌株。而三重感染的好處,一是通過放飛的感染雄蚊與野生雌蚊交配誘導其絕育;二是可以極大抑制登革熱病毒和寨卡病毒,增強技術的安全性。然後,他們對機械篩選過的蚊蛹採用低劑量輻射,這可使雌蚊不育,但只會輕微影響其交配競爭力。這樣就可以取代人工篩選,極大提高了産能,並獲得更好的種群壓制效果。

  其實給蚊子做不育的技術路線,還有一種是轉基因。但為什麼不用轉基因技術呢?轉基因蚊的大眾接受度低,目前世界上僅有極少數國家允許釋放轉基因蚊,中國仍不允許。“最關鍵一點,現有的轉基因蚊技術沒有我們的技術效果好。”奚志勇教授自豪地説。

  效果卓著的實地試驗

  感染法和輻射法結合起來後,實際滅蚊效果如何?

  奚志勇團隊在廣州疾控中心的支持下開展了大規模實地試驗,取得了顯著效果。廣州市疾病預防控制中心副主任張周斌介紹,他們早在2012年就開始合作,負責研究項目在廣州試驗點的篩選、確定、監測,以及社區教育。真正做兩種技術結合的滅蚊實驗,則是從2014年開始。“我們在廣州市南沙區黃閣鎮沙仔島與番禺區石碁鎮大刀沙村,陸續開展項目研究。”

  沙仔島和大刀沙村都是江中沙洲島地形,比較孤立,能更明顯地看出實驗效果。在繁殖高峰期,“蚊子工廠”每周産生500多萬只雄蚊,試驗地點每周每公頃釋放16萬多只蚊子。

  “經過實驗我們發現,2年就能達到接近根除靶標蚊種的效果。年度平均壓制效果達到90%以上。”奚志勇説。

  實驗也進一步完善了滅蚊技術細節,驗證了此前的許多科學猜測。比如,釋放雄蚊與野生雄蚊的比例。研究團隊事先用數學模型和半野外籠子研究,算出帶菌雄蚊對野生雄蚊數量達到5:1的比例,即可保證種群壓制。研究發現,採取這一比例,在實驗室條件下連續釋放三代到四代帶菌雄蚊即能根除蚊子種群,而野外釋放由于會有外來蚊蟲的遷入,以及儲存在自然界的能存活1年至2年的白紋伊蚊卵,就需要更長一些時間達到種群壓制效果。

  奚志勇説:“隨著蚊子壓制效果的增加,居民社區對該技術的支持度也顯著增加。未來,我們希望將此技術作為一種綠色環保的滅蚊手段向全球推廣。”

  實驗還確認了這種技術對寨卡病毒的抑制作用。廣東省疾病預防控制中心副主任林立豐介紹,2016年3月1日,廣東省啟動了防治寨卡病的攻關項目。經過研究發現,白紋伊蚊會傳播寨卡病毒,但在感染沃爾巴克氏體菌株的白紋伊蚊中,沃爾巴克氏體菌株對寨卡病毒的增殖有抑制作用,同時也可以抑制寨卡病毒經卵傳遞到下一代蚊蟲的能力。

  “白紋伊蚊能傳播什麼疾病,這個技術就能讓我們預防相應疾病。”林立豐表示,期待該項目的持續研究和更大范圍應用。

  “該試驗幾乎將一種難以控制的病媒蚊子從試驗點消滅了,這是值得注意的。”美國喬治城大學皮特·安布魯斯特教授在同期的《自然》發表評論文章説:“他們的工作表現出實質性進展,並展示了一種能預防蚊媒傳染病的潛在強有力工具。”

  還有多久能投入應用

  用這種方法來滅蚊,成本高嗎?“目前,每公頃每年要投入108美元至163美元,這與傳統用昆蟲絕育技術來控制農業害蟲的成本非常接近,是一個比較可行的價格方案。”奚志勇説。此外,廣州的“蚊子工廠”過去採用一代技術,一周産500萬只雄蚊;2018年後改進生産環節,現有二代生産線的自動化程度極大提高,每周可産1000萬只雄蚊。

  那麼,該技術何時能投入使用?“我們已向農業農村部申請報批,將它作為微生物殺蟲劑來使用。”奚志勇説,團隊正根據相關要求遞交一係列數據,等該技術獲得批準,拿到農藥登記證,就可以開展商業化應用了。“預計未來1年到3年內就可以投入使用。”

  疾控部門會採用這種技術嗎?“這個理論和技術對于廣東省的蚊蟲防控非常有利。近幾年,廣東省的登革熱疫情持續發生,由于沒有疫苗和特效藥,只能通過滅蚊控制傳播。但現在面臨的問題是,經常使用殺蟲劑,導致蚊蟲産生耐藥性,防控效果受到一定影響。我們需要採取綠色、環保、有效的新技術,而人工感染沃爾巴克氏體雄蚊的投放,正是這樣的技術。”林立豐説。

  那麼,該技術還能進一步優化嗎?“目前,我們已開始研究將該技術用于城市中的登革熱高風險點控制。在實戰中,我們有許多新的收獲。”奚志勇説,城市環境比最初做實驗的沙仔島復雜得多,團隊正在研究該技術在高樓大廈和城中村這兩種代表性環境下的應用。比如,無人機項目已開展了一年多,這種無人機將可以適應城中村復雜環境並用于帶菌雄蚊投放。“無論從種群壓制效果、菌株對傳染病毒的抑制效果,還是從其他多種指標來看,目前我們的技術都是最好的。”奚志勇説。

  三重感染加輻射!為給蚊子絕育,科學家們真是操碎了心。期待人們免受“蚊擾”的苦惱。(記者 佘惠敏)

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【糾錯】 責任編輯: 王萌萌
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