“以蚊治蚊”:灭蚊黑科技的生态难题

时间:2020-09-23 07:27 公众号:中国新闻周刊 阅读:6 次

世界上目前已有的三条

“以蚊治蚊”路径各有优缺点

大规模推广使用还要考虑

其成本、风险、有效性等因素


2019年12月2日,新加坡国家环境局的工作人员在实验中将手臂伸入蚊子培养设备中,这些雄蚊子都携带有沃尔巴克氏体菌株。图/视觉中国

“以蚊治蚊”:

  灭蚊黑科技的生态难题

本刊记者/杜玮

发于2020.9.21总第965期《中国新闻周刊》


当“嗡嗡”叫的蚊子打断了你的思绪,惊扰了你的好梦,并出其不意地“赠予”你一个奇痒无比、大小随机的“红包”时,你一定会有将这一物种赶尽杀绝的冲动。这一令人憎恶的家伙还会传播登革热、寨卡病毒等,造成每年全球约72.5万人死亡,被世界卫生组织称为害虫中的头号“致命杀手”。


在全世界,有超过3000种的蚊子,实际叮人、传播病毒的只占其中一小部分。在中国,最常见的吸血“家蚊”是库蚊,在亚洲和欧美国家,常见的吸血、传毒者是埃及伊蚊与白纹伊蚊。让蚊子彻底灭绝是个终极难题,而这一结果会给全球生态系统带来的影响也尚未可知。因此,科学家们想出了一些折中的办法来避免蚊子带给人类的困扰。


8月26日,在印度尼西亚开展的世界首个 “以蚊治蚊”的随机对照试验初步结果发布:通过释放经改造携带沃尔巴克氏体细菌的蚊子,可以阻断蚊子对登革热等病毒的传播,使当地登革热的发病几率降低77%。几乎同时,美国佛罗里达州宣布,将于明年起在该州礁岛群岛陆续释放7.5亿只转基因蚊子用以灭蚊,这也将是美国境内首次释放转基因蚊子。在杀虫剂等传统灭蚊手段效果有限的现实下,这都将带给人们无限的期待。


“以蚊治蚊”的三条路径


印尼开展对照试验的地点是人口40万的日惹市,试验团队将日惹市划分为24个区域,并随机选择12个区域作为改良蚊子释放地。试验为期27个月,通过与当地诊所合作,追踪400个登革热确诊病例的居住地或活动轨迹,评估蚊子释放地阻断登革热病毒的效果。


沃尔巴克氏体细菌是一些昆虫体内所含有的共生菌,具有阻止登革热病毒传播的效用。当改良的雌蚊、雄蚊一起放飞后,与体内没有沃尔巴克氏体细菌的野生蚊子交配,就会使得沃尔巴克氏体细菌扩散到原有种群中。也就是说,虽然蚊子数量没有减少,甚至还会因放飞蚊子增多,但所有蚊子都拥有了抗登革热病毒的沃尔巴克氏体细菌,实现了“种群置换”。关于这一试验结果的更多信息目前尚未披露。


领衔这一试验的是澳大利亚莫纳什大学的斯科特·奥尼尔团队。实际上,从2011年起,奥尼尔团队就开始在澳大利亚、巴西、印尼等地尝试“以蚊治蚊”,而此次作为金标准的随机对照试验结果对于世卫组织向更大范围内推广这一举措有着重要意义。奚志勇是美国密歇根州立大学微生物与分子遗传学系教授、中山大学热带病防治研究教育部重点实验室主任,是全球首个将沃尔巴克氏体菌株注射到蚊子体内的科学家。他对《中国新闻周刊》说,奥尼尔团队灭蚊的优点在于将改良的蚊子养好后,直接释放,成本低,且释放后,沃尔巴克氏体细菌能在种群中一直存在、扩散下去,因此,这一技术适用于受蚊媒传染病影响较严重,但经济条件不算好的国家和地区。


运用沃尔巴克氏体菌株灭蚊的另一种思路是“种群压制”。2019年7月,奚志勇团队在《自然》杂志上发文,首次运用给蚊子感染沃尔巴克氏体细菌和射线照射使雌蚊绝育相结合的技术,实现了对田间蚊媒种群的有效控制。田间试验在广州两个相对偏远的岛屿——沙仔岛和大刀沙岛进行,经过两到三年改良蚊子的持续释放,当地野生蚊子种群几乎全被清除,每年野生蚊种的数量都减少了83%~94%。


与奥尼尔团队控制蚊媒传染病的核心差别就在于,奚志勇想通过减少野生蚊子数量,阻断病毒传播。具体来说,在感染了沃尔巴克氏体菌株的蚊子被释放前,先用机械设备对雌、雄蚊分离,对分离后依然混在雄蚊中的少数雌蚊,用低量射线照射使其绝育,这样做是为了只让改造后的雄蚊出征“情场”。雄蚊不叮人,但“多情”,雌蚊传播疾病、叮咬人,一生只能交配一次。


当含有沃尔巴克氏体菌株的雄蚊和普通野生雌蚊相遇,四处“留情”后,就会导致雌蚊不育,这称作“胞质不相容”,从而令野生蚊种“断子绝孙”。田间试验成功后,最近一两年,奚志勇团队又开始在广州市城区一些登革热高发点部署“灭蚊大军”。广州市疾控中心副主任张周斌介绍说,广州市白云区一小区及周边运用这一手段灭蚊后,2018年和2019年,成蚊密度下降程度分别为59.29%和70.66%,蚊卵数下降程度分别为56.29%和69.5%。


佛罗里达州的转基因灭蚊计划是在今年5月得到了美国国家环境保护局的批复,8月下旬,又获得了当地蚊虫管控区的最终许可。事实上,高举转基因灭蚊大旗的一直是英国一家名为Oxitec的生物科技公司。2009年起,该公司就相继在开曼群岛、巴拿马、巴西等地开展灭蚊试验。最初,Oxitec推出的是代号为OX513A的第一代转基因蚊,其灭蚊原理是,转基因蚊体内有一种致死基因,在含有抗生素——四环素的实验室环境中不表达,当雄蚊被放到野外后,与野生雌蚊交配,其后代就会因遗传了致死基因而在成年之前死去。


这次用于佛罗里达灭蚊的是第二代转基因蚊,较第一代升级之处在于,转基因蚊子和雌蚊交配后,后代中只有雌蚊死去,雄蚊依然可以存活。后代雄蚊中仍含有致死基因,可以继续使野生雌蚊数量减少,达到削减蚊子数量的目的,让灭蚊更持续、有效。除了佛罗里达州,Oxitec称,还在美国得克萨斯州布局了灭蚊计划,并称已得到联邦政府的同意。但得克萨斯州当地官员表示,当地政府尚未准许。


生物安全隐忧和待解难题


尽管Oxitec的灭蚊计划已得到佛罗里达州官方的肯定,但这一决议还是引发了当地居民、环保组织的反对。在一个名为Change.org的请愿网站上,有接近24万人希望终止转基因蚊在佛罗里达州和得克萨斯州的释放。请愿声明称:Oxitec是想将这两个州变为基因突变虫类的试验场,这些虫类会给当地脆弱的生态系统以及民众生命健康和安全带来巨大威胁。一个名为“食品安全中心”的环保组织将转基因蚊的放飞称为“侏罗纪公园式的实验”。早在2009年,当地一次登革热暴发后,Oxitec就曾有向佛罗里达州派驻“蚊子大军”的打算,直到2016年,引进蚊子的计划遭到了当地居民的强烈反对,只得作罢。


Oxitec声称,其释放的转基因蚊只会对目标群体进行种群压制,不会影响其基因构成。2019年9月,美国耶鲁大学生态与进化生物学系教授杰弗里·鲍威尔等在自然出版集团旗下的《科学报告》期刊上发文质疑,通过对Oxitec在巴西释放第一代转基因蚊后本地种群的监测发现,转基因蚊子的部分基因已整合到本地蚊子的种群中。按杂交优势来讲,这意味着被改变的野生蚊子有着更强生命力,更难以被消灭。而且,基因渗入过程中,还有可能有抗药性的基因被引入。


鲍威尔等人还发现,在巴西雅科比纳市释放蚊子后18个月,野生蚊子数量几乎反弹到释放前的水平,这或许意味着,转基因蚊子在交配中不占优势。尽管在鲍威尔等人的文章发表后,《科学报告》编辑部又发布通告称,被指表述不清晰或缺乏证据,但这一文章还是在业内引发了极大反响。


2018年3月,细胞出版社旗下的《寄生虫学趋势》还刊登了一篇题为《转基因蚊子:事实还是虚幻?》的文章,文中称,转基因灭蚊虽然可能在未来是有前景的方式,但目前还缺乏强有力的证据来证明其有效性和安全性。当运用这一手段压制传播疾病的埃及伊蚊时,也会对非目标群体的白纹伊蚊产生动态影响。此外,Oxitec还被业内人士和非政府组织等指出在开曼群岛、巴西等地的试验中设计、操作不规范,较少披露试验数据,夸大试验结果,成本过高,商业味过浓等。


在生物安全和有效性方面,莫纳什大学奥尼尔团队的“种群置换”策略也引发着类似的担忧。奚志勇说,目前随机对照试验的有效性为77%,这意味着还有将近四分之一的登革热发病几率存在。而且,即便有效性为77%,这样的效果又能持续多久,随着沃尔巴克氏体菌株与蚊子的共生适应,阻隔登革热的效果是否会减弱也不好说。在热带高温条件下,沃尔巴克氏体菌株在蚊子体内并不稳定,还有着消失的可能性。同时一些研究发现,当沃尔巴克氏体菌扩散开后,只能消灭一些低毒性的登革热毒株,这样就会导致一些高毒性的毒株残留、被筛选出,进而有可能造成登革热病毒的进化。另一个问题还在于,尽管感染了沃尔巴克氏体菌株的雌蚊子不传病,但依旧会吸血、叮人,因此在试验开展前,要花很大力气给当地居民做社区教育,这也是这一技术在新加坡、中国等国难以推广开的原因。


奚志勇团队所采用的方法受到较为常见的批评是,因为沃尔巴克氏体菌株不能像奥尼尔团队那样一次释放蚊子后就扩散开去,也不能像Oxitec转基因蚊子的致死基因能代代相传,因此,想要把蚊子斩草除根,就需要大量感染沃尔巴克氏体细菌蚊子的持续释放。而为了让改良雄蚊和本地雄蚊得以竞争,有交配优势,奚志勇团队之前所采用的是“蚊海战术”,即释放改良雄蚊和本地雄蚊的比例为5:1,但这样做,意味着有些蚊子会“怠工”,实际上没有去交配。现在,他考虑的是尽可能减少蚊子释放的数量,提高有效性。在蚊子释放前,如何将蚊子安全运输到目的地,保证不缺胳膊少腿,同时保持强盛的战斗力,也是要不断优化的问题。相较偏僻的野外,在环境、人员流动更加复杂的大城市,要将蚊子消灭,是奚志勇等面临的更大难题。


奚志勇认为,“以蚊治蚊”只是灭蚊方式中的一种,还是要结合杀虫剂等武器才能取得更好的效果。他希望,能尝试着不将蚊子完全诛灭,而是能将其压制到一个较低的数量,在蚊子存活和不影响人类安全健康间达到一种平衡。


值班编辑:肖冉


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