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不相容和无生育技术结合消灭蚊子

来源:nature作者:Zheng Xiaoying

蚊子传播病毒,包括登革热、齐卡病毒等,是主要的公共卫生威胁。由于大多数蚊媒病毒既没有疫苗也没有有效的药物治疗,因此利用媒介控制,即抑制传播病毒的蚊子种群,是减少疾病发病率的主要手段。

亚洲虎蚊(白纹伊蚊)近年来传播迅速,在人口稠密的城市环境中日益流行,并对传统的媒介控制实践产生了抵抗力。

中国科学家Zheng Xiaoying等人发明了一种新控制策略,几乎完全消灭了来自两个实验场地的花纹,为今后控制花蚊和其他蚊子提供了借鉴。

在过去的20年中,人们发明了多种创新方法,以减少蚊子传播致病病毒和微生物。

这些策略的目的要么是减少蚊子种群,称为种群抑制,要么是通过传播基因修饰或通过自然种群(称为种群替代)细菌感染,使野生蚊子无法传播传染病。

Wolbachia 沃尔巴氏菌属的细菌生活在昆虫寄主的细胞中,是母系遗传的,以一种既能抑制种群,又能替代种群的方式影响寄主的繁殖。

例如,当感染某些特定的Wolbachia毒株的雄性蚊子被释放,并与没有感染相同Wolbachia毒株的野生雌性蚊子交配时,雌性蚊子就不能生产出可存活的卵(图1a)。

或者,释放所有感染了Wolbachia菌株的雄性和雌性蚊子,使蚊子传播病毒的能力降低,这可能导致该菌株在野生种群中传播(图1b)。

事实上,目前有五个国家正在进行以沃尔巴氏菌为基础的、与埃及伊蚊种群替代密切相关的实地试验。

此外,之前对几种不同种类蚊子种群的Wolbachia菌抑制试验也显示出一些成功的结果。

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图1 使用Wolbachia细菌控制传播疾病的蚊子种群。

A. 这是一种抑制蚊子种群的方法,称为种群抑制,通过释放感染了沃尔巴氏菌菌株的雄性蚊子,使它们无法与未感染相同沃尔巴氏菌菌株的雌性蚊子产生可存活的后代。zheng等人的目的是通过释放携带一种叫wPip(来自另一种蚊子,库蚊Culex pipiens)的Wolbachia菌株的雄虎蚊子 ,从而抑制虎蚊(白纹伊蚊)的种群。

B. 感染特定Wolbachia毒株的雌蚊可以与雄蚊一起产生可存活的后代,无论雄蚊是否感染相同的毒株。因此,如果wPip感染的雌蚊不知不觉的被释放到野外,野生雌性将比wPip感染的雌性产生更少的后代,wPip感染将迅速传播,导致种群更替。

而Zheng Xiaoying等人的研究结果表明,与野生蚊虫相比,wPip感染的蚊虫对致病病毒感染的敏感性较低。因此,蚊子的种群替代会导致病毒传播减少。

白纹伊蚊Ae. albopictus具有高度的入侵性,在过去的40年里,它迅速地从它的亚洲本土传播到除南极洲以外的所有大陆。

这种蚊子很难控制,部分原因是幼虫在各种各样的人工容器中发育,这些人工容器很难用杀虫剂彻底处理,而且其抗干燥的卵可以在休眠状态下长期存活。

Zheng和同事将感染了一种特定的Wolbachia菌的雄性白纹伊蚊放生到位于广州的一条河流中的两个岛屿的居民区,以抑制原来的蚊子种群。

野生虎蚊种群感染了两种不阻断病毒传播的Wolbachia菌。研究人员用库蚊身上分离出的第三种叫wPip的wolbachia菌株   感染白纹伊蚊,形成一个实验室蚊子群,他们称之为HC种群。

当来自HC群的雄性白纹伊蚊与原生具有双感染的雌性蚊子交配,所有由此产生的胚胎都死亡,正如所预测的那样,因为雌性没有感染那种感染雄性蚊子的wPip株(图1a)。

然而,当wPip感染的雄性与也感染wPip株的雌性交配时,这种胚胎致死的现象不会发生(图1b)。

这种方法有一个风险,如果任何感染了wPip的雌性和雄性一起释放,它们将通过野生种群迅速传播wPip感染,消除wPip感染雄性的种群抑制效应。

但研究人员发现,HC群的雌性比野生的雌性更不易受登革热和齐卡病毒感染 ,这一发现缓和了对这一风险的担心。

因此,尽管目标是抑制蚊子种群,但如果意外释放了HC雌性蚊子,最坏的情况是蚊子种群替代(图1b)-对公共卫生来说,任然是利大于弊。

Zheng和同事的主要创新是他们的制备HC种群蚊子的方法。

在大量繁殖蚊子的设施中,通常根据大小差异机械地将雄性蛹与雌性蛹分开。利用这一程序来制备一组雄性蚊子,导致雌性蚊子的污染率约为0.2-0.5%,

这就需要进行二次手动筛选,根据其独特的解剖结构,去除雌性蛹。然而,这种劳动密集型的手动过滤大大限制了可以准备的蚊子总数。

Zheng等人通过对HC蛹进行低剂量辐射,消除了对手动筛选的需要,这种辐射可以使雌性动物绝育,但只会对雄性交配成功造成轻微的损害。

由于取消了手动筛选,他们能够增加10倍以上的雄性蚊子的数量。

种群抑制策略关键取决于释放的雄性蚊子与野生雄性蚊子的比例。因此,Zheng等人采用数学模型和笼式实验,计算出蚊子释放的最佳大小和时间。

在繁殖高峰期,饲养设施每周产生超过500万只雄性蚊子,试验场地每周每公顷释放超过16万只蚊子。

研究人员监测野生蚊虫产卵的数量和存活率,成年蚊虫的数量和数量,以及它们在试验地点和附近的控制地点(未释放任何HC雄性蚊虫)叮咬人类的速度。

这些释放活动连续进行了两年,产生了惊人的效果。

与对照点相比,两年来,试验点野生蚊虫产生的平均活卵数量下降了94%,两个试验点诱捕的野生成年雌性蚊虫数量分别下降了83%和94%(只有雌性蚊虫吸血)。

值得注意的是,估算的人类叮咬率下降了96.6%。当地居民最初对试验持怀疑态度或漠不关心,现在社区对释放活动的支持率从13%上升到54%。

Zheng和他的同事的试验几乎消除了这种臭名昭著的、难以从试验地点控制的蚊子。然而,他们的方法的长期可持续性问题仍然存在。

例如,一旦释放停止,迁徙的蚊子将不可避免地重新建立自然种群。这种重新克隆可能通过有针对性地释放少量雄性或通过传统的媒介控制方法来阻止,但这些额外努力所需的强度和成本尚不清楚。

同样未知的是这种方法在空间上的扩展程度。开发自动化释放技术和更有效的性别分离方法可以大大提高生产和释放能力。

然而,这些技术进步是否能够在大城市地区或全国范围内实施,以减少疾病传播的规模,实施这些方法所带来的财务和后勤挑战仍有待观察。

预计没有一种单一的媒介控制策略能够完全控制携带疾病的蚊子的数量;各种方法的组合可能是最有效的。

然而,Zheng和他的同事的工作代表了一个巨大的进步,在对抗蚊子传播的传染病方面,展现了一个强有力的新工具,很有潜力。


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参考文献

Incompatible and sterile insect techniques combined eliminate mosquitoes

Xiaoying Zheng, Dongjing Zhang,   Zhiyong Xi


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