“以蚊治蚊”:灭蚊黑科技的生态难题

中国新闻周刊记者/杜炜

2020年9月21日在《中国新闻周刊》第965期发布

当“嗡嗡”的蚊子打扰您的思想,打乱您的美梦,并意外地给您一个非常痒,随机大小的“红包”时,您肯定会产生杀死所有物种的冲动  。这个可恶的家伙还可以传播登革热 ,寨卡病毒等 ,每年在全世界造成约725,000人死亡 ,被世界卫生组织称为害虫中的第一“死神杀手”。

世界上有超过3,000种蚊子,但实际上只有一小部分会咬人并传播病毒。在中国,最常见的吸血“室内蚊子”是库蚊。在亚洲,欧洲和美国,常见的吸血和有毒人群是埃及伊蚊和白纹伊蚊。蚊子的彻底灭绝是最终的问题,这一结果对全球生态系统的影响仍然未知 。因此,科学家们提出了一些折衷方案 ,以避免蚊子引起的麻烦。

8月26日,发布了在印度尼西亚进行的世界上第一个“蚊子对抗蚊子”随机对照试验的初步结果:通过释放经过修饰的携带Wolbachia细菌的蚊子,可以阻止登革热和其他病毒的传播 ,从而减少了登革热的传播。局部登革热的发生率降低了77%。几乎同时 ,美国佛罗里达州宣布将从明年开始释放7.5亿只转基因蚊子 ,以杀死该州礁岛上的蚊子。这将是美国首次释放转基因蚊子。在传统杀虫剂(例如杀虫剂)的作用有限的现实中 ,这将带给人们无限的期望。

印度尼西亚的对照试验地点是日惹,人口为40万。实验小组将日惹分为24个区域  ,并随机选择12个区域作为改良的蚊子释放地点 。审判持续了27个月 。通过与当地诊所合作,我们追踪了400例确诊的登革热病例的居住或活动轨迹,并评估了蚊子释放对阻断登革热病毒的影响。

沃尔巴氏菌是一些昆虫中所含的共生细菌,具有防止登革热病毒传播的作用。当修饰的雌性蚊子和雄性蚊子一起释放时,它们会与体内没有沃尔巴氏菌的野生蚊子交配,这将导致沃尔巴氏菌传播到原始种群。换句话说 ,尽管蚊子的数量没有减少,甚至由于蚊子的释放而增加了,但是所有的蚊子都具有对登革热病毒有抵抗力的沃尔巴氏菌,从而实现了“种群替代”。有关此测试结果的更多信息尚未公开 。

领导该实验的是澳大利亚莫纳什大学的ScottO'Neill团队 。实际上,自2011年以来 ,奥尼尔的团队一直在尝试在澳大利亚,巴西,印度尼西亚和其他地方“用蚊子控制蚊子”。这项作为金标准的随机对照试验的结果已帮助世界卫生组织大规模推广这一标准 。一招具有重要意义 。习志勇 ,密歇根州立大学微生物学和分子遗传学系教授,中山大学热带病控制与研究教育部重点实验室主任 。他是世界上第一个将Wolbachia菌株注射到蚊子中的科学家。他告诉《中国新闻周刊》,奥尼尔的蚊子控制小组的优势在于,他们可以将改良的蚊子饲养起来,然后以低成本直接释放它们 ,而释放后,沃尔巴氏菌就可以一直存在并在人群中传播 。因此 ,该技术适用于受蚊子传染病严重影响但经济条件较差的国家和地区。

使用Wolbachia菌株杀死蚊子的另一个想法是``抑制种群''。2019年7月,席志勇的研究小组在《自然》杂志上发表了一篇文章,并首次使用了将Wolbachia细菌感染蚊子并通过辐射对雌性蚊子进行消毒的技术,以实现对野外蚊媒种群的有效控制。在广州两个相对偏远的岛屿沙仔岛和大岛沙岛进行了田间试验。在持续释放改良蚊子两到三年之后  ,当地的野生蚊子几乎被消灭了 ,野生蚊子的种类每年都在减少。83%〜94%。

奥尼尔小组与控制蚊媒疾病的核心区别在于,习志勇希望减少野生蚊子的数量并阻止病毒的传播 。具体而言,在释放感染了沃尔巴克氏菌的蚊子之前  ,通过机械设备将雌蚊和雄蚊分开。分离后仍混在雄蚊中的少数雌蚊暴露于低辐射下。进行灭菌处理 ,以便只有转化后的雄性蚊子才能进入“爱田”。雄性蚊子不咬人 ,但它们是“热情的”。雌蚊传播疾病并咬人,一生中只能交配一次。

当含有Wolbachia菌株的雄性蚊子与普通野生雌性蚊子相遇时,它们将变得无情,这将使雌性蚊子变得无菌 ,这被称为“细胞质不相容性”,这将导致野生蚊子物种“切断后代”。经过成功的现场试验,在过去的一两年中 ,习志勇的团队已经开始在广州市区的一些登革热高端地区部署``灭蚊药''。广州市副局长张周斌疾病预防控制中心表示,使用这种方法杀死白云区及周边地区社区的蚊子后,成年蚊子的密度在2018年和2019年分别下降了59.29%和70.66%,蚊卵的下降程度分别为56.29%和69.5%。

佛罗里达州的转基因灭蚊计划于今年5月获得了美国环境保护署的批准 ,8月下旬,它获得了当地灭蚊地区的最终许可。实际上,它一直是英国生物技术公司Oxitec的旗帜,它持有转基因蚊子控制的旗帜 。自2009年以来 ,该公司已先后在开曼群岛 ,巴拿马,巴西和其他地方进行了防蚊试验 。最初 ,Oxitec推出了代号为OX513A的第一代转基因蚊子。其灭蚊原理是在转基因蚊子中存在一个致死基因,该基因在含有抗生素四环素的实验室环境中不表达。放置雄性蚊子与野生雌性蚊子在野外交配后,它们的后代会死,因为它们继承了致命基因 。

这次,第二代转基因蚊子被用来杀死佛罗里达州的蚊子。与第一代相比,转基因蚊子与雌性蚊子交配后,只有雌性蚊子在后代死亡,雄性蚊子仍然可以生存 。雄性蚊子的后代仍然含有致死基因,可以继续减少野生雌性蚊子的数量,达到减少蚊虫数量的目的 ,使灭蚊控制更加可持续和有效。除佛罗里达州外 ,Oxitec表示已在美国德克萨斯州部署了灭蚊计划,并表示已获得联邦政府的批准。不过,得克萨斯州当地官员表示,当地政府尚未批准。

尽管Oxitec的灭蚊计划已得到佛罗里达州官员的肯定 ,但该决议引发了当地居民和环保组织的反对。在一个名为Change.org的请愿网站上 ,将近24万人希望结束佛罗里达和德克萨斯州的转基因蚊子的释放。这份请愿书指出,奥希替克打算将这两个州变成基因突变昆虫的试验场  ,这将对脆弱的当地生态系统以及人民的生命,健康和安全构成巨大威胁 。一个名为“食品安全中心”的环境组织将释放转基因蚊子称为“侏罗纪公园式实验”。早在2009年,在当地爆发登革热之后 ,奥希捷(Oxitec)计划派遣一支“蚊子军”前往佛罗里达 。直到2016年,引入蚊子的计划一直受到当地居民的强烈反对,并且不得不放弃 。

Oxitec声称 ,它释放的转基因蚊子只会抑制目标人群,而不会影响其基因组成。2019年9月 ,美国耶鲁大学生态与进化生物学系的杰弗里·鲍威尔(JeffreyPowell)教授等人在《自然》杂志出版的《科学报告》上发表了一个问题。Oxitec在巴西释放了第一代转基因蚊子后,他们质疑当地人口 。对转基因的监测发现,转基因蚊子的某些基因已整合到当地蚊子种群中 。就杂种活力而言 ,这意味着已经被改变的野生蚊子具有更强的生命力并且更难以消除。此外,在基因渗入的过程中,也可能引入具有耐药性的基因。

鲍威尔等人还发现,蚊子在巴西雅可比那(Jacobina)释放18个月后,野生蚊子的数量几乎反弹到释放前的水平,这可能意味着转基因蚊子在交配中并不占优势 。尽管在鲍威尔等人的文章发表后 ,《科学报道》编辑部发布了通知 ,称所称的表达不清楚或缺乏证据,但本文仍在业界引起很大反响 。

2018年3月,CellPress的“寄生虫学趋势”还发表了一篇题为“转基因蚊子:事实还是虚构?”的文章说 ,尽管转基因蚊子在未来可能是一种有前途的方式 ,但仍然缺乏证明其有效性和安全性的证据。当此方法用于抑制传播埃及伊蚊的疾病时  ,它还将对白纹伊蚊的非目标群体产生动态影响。此外,业内人士和非政府组织还指出,Oxitec在开曼群岛,巴西和其他地方的实验设计和操作不规范 ,测试数据披露较少 ,测试结果被夸大了。,成本太高,商业风味太强。

在生物安全和有效性方面,莫纳什大学奥尼尔分校的“人口替代”策略也引起了类似的关注 。习志勇说 ,目前的随机对照试验的有效性为77%,这意味着登革热的发病率仍然接近四分之一。此外,即使效果为77%,但随着Wolbachia菌株和蚊子的共生适应,这种效果还能持续多久 ,很难说阻断登革热的效果是否会减弱。在热带高温条件下,Wolbachia菌株在蚊子中不稳定,并可能消失。同时  ,一些研究发现 ,当沃尔巴氏菌扩散时  ,它只能消除一些低毒的登革热病毒株,这将导致一些高毒的菌株得以保留并被筛选出来 ,从而可能导致登革热病毒 。演化 。另一个问题是 ,尽管感染了Wolbachia株的雌性蚊子不会传播这种疾病,但它们仍然会吸血并咬人。因此 ,在进行实验之前 ,必须花费大量的精力来教育社区中的当地居民。这项技术之所以难以在新加坡  ,中国和其他国家/地区推广。

习志勇研究小组采用的方法受到了更多的批评,因为像O'Neill小组一样 ,一旦释放了蚊子,沃尔巴氏菌就无法传播,而Oxitec转基因蚊子的致死基因也无法世代相传 。因此,我认为要去除杂草和根部的蚊子,需要持续释放大量感染了沃尔巴克氏菌的蚊子。为了使经过修饰的雄性蚊子与原生雄性蚊子竞争并具有交配的优势,习志勇研究小组使用的“蚊子海战术”以前使用的释放的经修饰的雄性蚊子与原生雄性蚊子的比例为5:1蚊子,但是这样做意味着某些蚊子会“缓慢地飞走”并且实际上不会交配 。现在,他认为是最大程度地减少蚊子的释放并提高效率。在释放蚊子之前 ,如何安全地将蚊子运送到目的地,如何在保持强大战斗力的同时确保不缺少手臂或腿,这也是需要不断优化的问题。与偏远地区相比 ,在环境和人流更加复杂的大城市中,消灭蚊虫是习志勇等人面临的更大问题 。

习志勇认为,“用蚊子控制蚊子”只是杀死蚊子的方法之一,必须结合使用杀虫剂和其他武器才能取得更好的效果。他希望他不要试图彻底消灭蚊子,而应将其压制到更低的数量 ,从而在蚊子生存与不影响人类安全与健康之间取得平衡 。

《中国新闻周刊》2020年第34期

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