把没有生育能力的雄性蚊子释放到野外,从而减少蚊子的数量,阻止登革热等疾病通过蚊子传播。这个设想,中山大学奚志勇团队实现了。
奚志勇团队将自然界中获得的一种共生菌沃尔巴克氏体,注射到白纹伊蚊的胚胎中,携带这种共生菌的雌蚊、雄蚊交配,繁育出沃尔巴克氏体携带者,如果携带者是雄性蚊子,它与野生雌蚊交配后,野生雌蚊产的卵不会孵化。由于雌蚊一生只交配一次,一旦与绝育雄蚊交配后,雌蚊就无法产生后代了。
培育“绝育蚊子”是为了控制登革热。在登革热高发的广东地区,疫情主要传播媒介是白纹伊蚊。
奚志勇是中山大学-密歇根州立大学热带病虫媒控制联合研究中心主任,他的雄心是建生产绝育雄蚊的工厂。他带领的团队已在广州建成了一个“蚊子工厂”,下一个“蚊子工厂”将建在巴西,以控制肆虐南美的寨卡病毒传播。
如何绝育
一年前,在广州市南沙区黄阁镇沙仔岛试验点,奚志勇掀开了白色的纱网盖子,第一桶“绝育雄蚊”飞散出去。当天他们在岛上释放了50万只蚊子。
蚊子“绝育”,靠的是沃尔巴克氏体感染精巢和卵巢。只有雄蚊和雌蚊都携带同类沃尔巴克氏体时,才会产生携带沃尔巴克氏体的后代。沃尔巴克氏体能引发同种蚊子交配不亲和的现象,使蚊卵不能孵化。这种特点会由雌性遗传给下一代(垂直传播),因为沃尔巴克氏体只存在于成熟卵子中,靠母代传染给后代,成蚊之间不会互相传染。
此前,该团队对沙仔岛白纹伊蚊种群密度和蚊卵孵化率进行了持续一年的调查和统计。沙仔岛对蚊子来说是一个天然的封闭环境,因为白纹伊蚊最长飞行距离不过百米。小岛除了船舶外,与外界唯一的连接是一座超过300米的桥,小岛受外界蚊虫的干扰比较小。
奚志勇团队在岛上分了二三十个区,每个区又分多个投放点。由于释放的雄蚊在野外最多存活两周,他们的思路是持续释放雄蚊,直至试验点野生白纹伊蚊数量下降90%。团队坚持每周三次的释放频率,每次放出7万-10万只。
截至2016年2月25日,团队在广州沙仔岛总共释放了约650万只绝育雄蚊,几乎清除了试点内所有的野生蚊子幼虫,97%的野生成虫也被消灭了。
在试验中,雄蚊蛹孵化后作为“绝育蚊子”释放,降低野生蚊子的数量;雌蚊被用来继续繁育下一代。一位该研究团队工作人员告诉《财经》记者,雌雄蚊子的蛹大小不一,利用这一点,雌雄分离器就可以将雌雄蚊子分开。
除了登革热,伊蚊也是寨卡病毒的主要传播媒介。上述团队工作人员称,目前该团队也在做沃尔巴克氏体抗寨卡病毒能力的测试。奚志勇曾向媒体表示,要在巴西建立“蚊子工厂”,预计很快会开始实施。寨卡疫情正在中南美洲迅速蔓延,包括即将举办夏季奥运会的巴西。
沃尔巴克氏体会增强蚊子对人类病原体的抵抗力。《中国国境卫生检疫杂志》的一篇论文显示,沃尔巴克氏体可以减轻,甚至清除人类病原体在蚊子中的感染,抑制登革热病毒、黄病毒、疟原虫等病原体在蚊子中的生长。
这是因为沃尔巴克氏体可以增强蚊子的天然免疫,且在蚊子体内建立了一个能对广泛病原体具有抗性的生理环境。而没有蚊子携带病原体,以蚊子作为传播媒介的疫情就无法传播。
安全隐患
该团队计划,后期等野生蚊子数量大幅下降后,会释放少量携带沃尔巴克氏体的雌蚊,使携带病原体的野生蚊子种群被有抗性的培育蚊子种群所替换。和自然界中的雌蚊一样,试验室培育的雌蚊也是吸血的,如果向自然环境释放这种雌蚊,就不得不考虑沃尔巴克氏体对人身健康的威胁。另外,人工改造野生蚊种群也会对生态平衡有一定影响。
四川大学农业医学院研究人员刘梅等的研究显示,丝虫体内的沃尔巴克氏体会作为抗原引起人体的免疫反应。沃尔巴克氏体存在于盘尾丝虫、淋巴丝虫等人体寄生虫当中,前者会引发河盲症,后者则是象皮病的病原体。近年发现,感染丝虫的患者体内,死亡丝虫会释放沃尔巴克氏体,引发人体的先天性免疫反应,并产生发炎和相关病变。
不过,上述团队工作人员表示,“澳大利亚很早就释放这种绝育蚊子,对于安全性的研究也很多,并没有发现对人身健康造成不利影响。沃尔巴克氏体不能感染哺乳动物,无法在人体内存活。”
一位同领域研究人员对《财经》记者分析,沃尔巴克氏体不是人类病原体,从研究传染病和媒介的角度,不会去考虑沃尔巴克氏体对人的致病性。
在耶鲁大学公共卫生学院从事相关研究的邴孝利博士指出,自然界中有很多细菌是对人类无害的。人类在很早之前就已经与沃尔巴克氏体存在接触,许多常见的昆虫体内都含有沃尔巴克氏体,如蜜蜂、蝴蝶、果蝇。许多蚊子(如淡色库蚊、骚扰库蚊和白纹伊蚊等)也天然携带它。沃尔巴克氏体已经被发现鉴定近100年,至今科学研究没有发现它可以引起人类损伤的报告。
除了对人体健康的顾虑,新技术可能带来的环境威胁,同样不容忽视。
自然界刚生长出来的蚊子雌雄比率是1∶1,交配是随机的。“如何保证外面的雌蚊子尽可能与我们培育出来的雄蚊子交配,而不是与野外的雄蚊子交配,技术上很困难。”奚志勇接受《人民日报》记者采访时称,经过一系列计算后结论是,投放到野外的“绝育雄蚊”与野生雄蚊的数量比要达到5∶1,才能保证其优先交配权。
2015年6月之前,通过安放在沙仔岛上的100多个监测器,奚志勇团队监测到试验点野生蚊数量减少了75%。但进入6月,两场大雨使得野外蚊子数量暴涨。为了使“绝育雄蚊”在数量上绝对性压倒野生雄蚊,从而使其获得更大概率与雌蚊交配,2015年7月,团队启用了面积超过3500平方米共4个车间的“蚊子工厂”,当时每个车间的设计生产能力是每周500万只。
奚志勇曾表示,希望未来2年-3年将该技术逐步推广应用,5年-10年达到每周25亿雄蚊产量,基本清除中国南部重要人类居住区的传病伊蚊。
即便目前的科学文献,还没有发现释放这种蚊子对人类及环境造成不良影响,但这样释放大量培育蚊子的计划,引起一些学者担忧生态平衡。
3月18日,国际著名期刊《科学》(Science)刊登了一篇《沃尔巴克氏体蚊的控制风险》的文章,文章引用了相关研究,表达了对沃尔巴克氏体向其他物种传播的担忧,认为携带沃尔巴克氏体的蚊子对生态环境的影响存在不确定性,建议在大规模推广该技术前应对环境安全性进行审慎评估。但该文章本身没有提供相关试验数据。
这篇文章的担忧不无道理,因为沃尔巴克氏体在其他昆虫身上出现了相互传播(水平传播)的情况。西南大学植物保护学院研究人员董鹏等的研究显示,沃尔巴克氏体可以在赤眼蜂个体间互相传播,也可以在寄生蜂和拟果蝇间实现跨种传播。
引发担忧的另一个原因是,为了使自身能更广泛传播,沃尔巴克氏体进化出了影响宿主性别的能力,可能会导致物种性别失衡。其对性别的影响,主要是提高雌性后代出生率,因为被感染的雌性能把沃尔巴克氏体传染给后代。
华盛顿州立大学的一项研究称,赤眼蜂在感染沃尔巴克氏体情形下,无需雄性也能生殖后代,在这个物种中,雄性非常罕见,可能已经被同一菌株的沃尔巴克氏体杀死。虽然沃尔巴克氏体在白纹伊蚊体内没有表现出影响性别的性状,但如果其传染给其他物种,则可能会导致该物种性别失衡。
从事昆虫生态学研究的浙江大学教授刘树生则认同,沃尔巴克氏体通过蚊子向环境中其他生物包括蚊子捕食天敌传播的可能性极低;其离开活体无法生存,在环境中残留的可能性极低。试验中沃尔巴克氏体蚊子所产生的生物安全风险几乎可以忽略。
邴孝利告诉《财经》记者,该技术对生态环境的不利影响与潜在风险比其他已经在用的方法(如化学杀虫剂)要环保,安全很多。作为自然界的一员,沃尔巴克氏体不存在人工合成的物品(如化工农药、塑料、橡胶等)所具有的降解周期长等的弊端。而且,蚊子体内的沃尔巴克氏体对其他种类生物的生存没有直接影响。由于不同种类生物间存在的生殖隔离,蚊子无法与其他生物通过交配产生后代来传播沃尔巴克氏体。
已有研究显示,沃尔巴克氏体从感染的蚊虫散布到环境中的可能性极低。捕食感染沃尔巴克氏体的蚊幼虫的孔雀鱼不会因此被感染。蚊虫天敌(如蜘蛛)因捕食蚊虫而被沃尔巴克氏体感染的可能性极低。
当然,也有别的技术手段。有消息称,巴西一非营利性抗虫害组织考虑在一周内培育出1200万只雄性蚊子,这些蚊子经过射线照射而丧失繁殖能力。
即便赞赏“绝育蚊子”的研究工作,邴孝利也承认该技术的潜在风险。因为自然界的生态是动态的,一种蚊子被消除后,其在生物圈中的生态位会被其他生物取代,产生新的生态平衡。
白纹伊蚊被消除后,是否会有其他蚊子(或生物)取代其原有的生态位而继续传播疾病,危害人类,是不得而知的,需要科学家持续关注。
另外,白纹伊蚊被消除后其生态位出现空缺对应的食物链会出现影响,比如白纹伊蚊的捕食者需要取食其他生物来适应这种变化。
鉴于蚊子传播疾病所导致的严重后果,科学家基本认同消灭白纹伊蚊带来的好处要高于其环境影响。3月18日,世界卫生组织(WHO)发布了一份关于控制寨卡病毒蚊媒传播的应急响应预案,其中认可了运用沃尔巴克氏体蚊子降低蚊子数量的技术。对于寨卡病毒,还没有相关治疗方案和疫苗,减少蚊子数量来抑制其传播非常关键。
奚志勇团队于2013年12月获得由农业部颁发的释放沃尔巴克氏体白纹伊蚊田间试验许可证,该许可有效期至2016年12月20日。此前美国、澳大利亚、越南已经获得携带沃尔巴克氏体蚊田间试验许可。