沃爾巴克氏體技術控制蚊媒病研究概述

吳姣榕 張秋金 肖義軍

(福建師范大學生命科學學院 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爆發性的增長，對蚊蟲的防控顯得愈發重要。目前針對蚊蟲的防控還是以傳統的化學殺蟲劑為主，但采用化學殺蟲劑的蚊媒控制方法面臨不斷增長的昆蟲抗藥性和環境污染的問題。目前，一種利用昆蟲共生菌沃爾巴克氏體(Wolbachia)的生物防治技術在蚊媒種群替換和蚊媒病控制上展現出了良好的應用前景。利用沃爾巴克氏體技術控制環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及其在蚊媒病控制方面的應用做一闡述。

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肢動物和線蟲體內的共生菌，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現。1952年，Laven[2]發現某些庫蚊存在種內交配的不親和性，該不親和性具有細胞質遺傳特性，他將該現象命名為胞質不相容性。1971年Yen和Barr[3]發現該胞質不相容性是由沃爾巴克氏體誘導產生的：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生的蚊卵都能正常孵化成幼蚊，這后來又被稱為單向胞質不相容性。此后進一步的研究發現，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對人類病原體產生抗性。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)在蚊媒體內的生長[4-5]。這一現象提示，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控制蚊媒病的策略

目前沃爾巴克氏體技術在控制蚊類上的應用主要用于對蚊媒進行種群壓制和種群替換。種群壓制的目的是減少環境中靶標蚊群的數量，是指基于沃爾巴克氏體引起的胞質不相容性，將實驗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蚊群中，通過多次釋放使得不育性狀在蚊群中擴散，逐步減少以至消除靶標蚊群。理論上通過持續釋放足夠數量的感染沃爾巴克氏體的雄蚊可以達到消除靶標蚊群的效果。

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生的胞質不相容性，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蚊群中，可以實現釋放區域內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，從而達到既切斷相關蚊媒疾病的傳播途徑，又不破壞環境原有的生態平衡。

應用沃爾巴克氏體進行蚊媒控制的前提是：要在靶標蚊群中建立與野生型蚊株產生胞質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移到靶標蚊蟲卵中即可建立一個穩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上再轉入新型的沃爾巴克氏體，或者通過抗生素處理殺滅細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控制蚊媒病的實踐

中山大學奚志勇團隊借助胚胎顯微注射技術，將沃爾巴克氏體注入到伊蚊的卵中，獲得了一只穩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生的后代全部都攜帶有沃爾巴克氏體。經過反復的傳代，現在中山大學已建成了世界上最大的蚊子“工廠”，生產攜帶有沃爾巴克氏體的雄伊蚊。2015年3月，在取得當地居民的同意后，他們在廣州南沙沙仔島陸續釋放了約650萬只攜帶沃爾巴克氏體的雄蚊，在持續釋放區達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施一個在全球“消滅登革熱”的計劃，利用沃爾巴克氏體技術徹底阻斷登革熱等蚊媒病的傳播。該計劃已在澳大利亞、越南、印度尼西亞、哥倫比亞、巴西和中國進行控制蚊媒的現場試驗，大多取得了預想的結果。

4 利用沃爾巴克氏體技術控制蚊媒病的展望

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，具有持續有效的優點。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疾病不能流行，達到可持續控制疾病的效果。此外，該技術對其他生物和環境零污染，并能與其他蟲媒控制(如化學殺蟲劑)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，可發揮其主動尋找靶標蚊群交配的優勢，而無需進行靶標蚊群孳生地的精確定位。此效應不僅僅局限于實施干預的地點，干預效應可在一定范圍內呈輻射狀放大。因此，是一項極為有效和經濟的控制蚊媒的技術。

但目前也還有一些問題需要進一步研究：例如沃爾巴克氏體的密度在新的宿主體內可能會在長期的適應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。但自一個沃爾巴克氏體品系(wAlb B)被放入埃及伊蚊后已經長達10年時間[6]，卻依然保留很強的抗登革熱活性，所以這一擔心也許是多余的。并且即使發生抗病能力降低，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，以實現對蚊媒和蚊媒病的控制。種群替換與種群壓制相結合的方式，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，又不至于對環境的生態平衡造成過大的影響。但是該方法尚存在大規模生產時雌雄蚊蟲分離的難題，這一問題的解決將會有效地促進沃爾巴克氏體技術在蚊媒病控制上的應用。

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