沃尔巴克氏体技术控制蚊媒病研究概述

吴姣榕 张秋金 肖义军

(福建师范大学生命科学学院 福州 300117)

蚊虫给人类的生活造成很多困扰，蚊虫也是登革热、寨卡病毒、疟疾等虫媒病传播的主要媒介。近年来，登革热和寨卡病毒等蚊媒病呈现爆发性的增长，对蚊虫的防控显得愈发重要。目前针对蚊虫的防控还是以传统的化学杀虫剂为主，但采用化学杀虫剂的蚊媒控制方法面临不断增长的昆虫抗药性和环境污染的问题。目前，一种利用昆虫共生菌沃尔巴克氏体(Wolbachia)的生物防治技术在蚊媒种群替换和蚊媒病控制上展现出了良好的应用前景。利用沃尔巴克氏体技术控制环境中的蚊虫需要得到民众的理解和支持，本文对沃尔巴克氏体技术及其在蚊媒病控制方面的应用做一阐述。

1 沃尔巴克氏体及其对蚊媒病控制的原理

沃尔巴克氏体是一类存在于节肢动物和线虫体内的共生菌，属于变形菌门(Proteobacteria)，立克次体目(Rickettsiales)立克次体科(Rickettsiaceae)沃尔巴克氏体属(Wolbachia)，由Hertig和Wolbach[1]从尖音库蚊(Culexpipiens)的生殖组织中首次发现。1952年，Laven[2]发现某些库蚊存在种内交配的不亲和性，该不亲和性具有细胞质遗传特性，他将该现象命名为胞质不相容性。1971年Yen和Barr[3]发现该胞质不相容性是由沃尔巴克氏体诱导产生的：感染了沃尔巴克氏体的雄库蚊与未感染沃尔巴克氏体的雌库蚊交配所产的蚊卵不能孵化，而感染了沃尔巴克氏体的雌库蚊无论跟感染还是未感染沃尔巴克氏体的雄库蚊交配产生的蚊卵都能正常孵化成幼蚊，这后来又被称为单向胞质不相容性。此后进一步的研究发现，如果父本与母本感染了不同型的沃尔巴克氏体，则其交配后的受精卵也都不能孵化，这被称为双向胞质不相容性。

使人们感兴趣的是，被沃尔巴克氏体感染的蚊虫会对人类病原体产生抗性。也就是说，感染了沃尔巴克氏体的蚊虫可减轻甚至阻止由蚊类传播的人类病原体(如登革热病毒、寨卡病毒、疟原虫、丝虫等)在蚊媒体内的生长[4-5]。这一现象提示，可采用使蚊虫感染沃尔巴克氏体的方法来控制蚊媒病的传播。

2 采用沃尔巴克氏体技术控制蚊媒病的策略

目前沃尔巴克氏体技术在控制蚊类上的应用主要用于对蚊媒进行种群压制和种群替换。种群压制的目的是减少环境中靶标蚊群的数量，是指基于沃尔巴克氏体引起的胞质不相容性，将实验室建立的携带有沃尔巴克氏体的雄蚊释放到天然不感染或感染不同型沃尔巴克氏体的靶标蚊群中，通过多次释放使得不育性状在蚊群中扩散，逐步减少以至消除靶标蚊群。理论上通过持续释放足够数量的感染沃尔巴克氏体的雄蚊可以达到消除靶标蚊群的效果。

种群替换是指将自然界野生的传染疾病的蚊媒改造为抗病的蚊群，从而切断蚊媒病的传播。利用蚊虫感染沃尔巴克氏体后产生的胞质不相容性，将感染了新型沃尔巴克氏体后具有抗人类病原体的雌蚊释放到靶标蚊群中，可以实现释放区域内的原有野生蚊群被携带新型沃尔巴克氏体的抗病的新型蚊群替代，从而达到既切断相关蚊媒疾病的传播途径，又不破坏环境原有的生态平衡。

应用沃尔巴克氏体进行蚊媒控制的前提是：要在靶标蚊群中建立与野生型蚊株产生胞质不相容性的新型沃尔巴克氏体感染蚊株。尽管沃尔巴克氏体分布广泛，但一些重要的蚊媒天然不携带沃尔巴克氏体，如传播登革热的埃及伊蚊(Aedesaegypti)、传播疟疾的按蚊(Anopheles)等，采用胚胎显微注射的方法将感染其他昆虫的沃尔巴克氏体转移到靶标蚊虫卵中即可建立一个稳定携带沃尔巴克氏体的新型蚊株[6]。对于天然携带沃尔巴克氏体的蚊媒则可在原有基础上再转入新型的沃尔巴克氏体，或者通过抗生素处理杀灭细胞中原有的沃尔巴克氏体后再植入新型的沃尔巴克氏体。

3 采用沃尔巴克氏体技术控制蚊媒病的实践

中山大学奚志勇团队借助胚胎显微注射技术，将沃尔巴克氏体注入到伊蚊的卵中，获得了一只稳定共生沃尔巴克氏体的雌蚊，将这只雌蚊与普通的雄蚊交配产生的后代全部都携带有沃尔巴克氏体。经过反复的传代，现在中山大学已建成了世界上最大的蚊子“工厂”，生产携带有沃尔巴克氏体的雄伊蚊。2015年3月，在取得当地居民的同意后，他们在广州南沙沙仔岛陆续释放了约650万只携带沃尔巴克氏体的雄蚊，在持续释放区达到了几乎百分之百清除蚊子幼虫的效果，对成虫的控制也达到97%。下一步，通过再释放携带沃尔巴克氏体的雌蚊，使来这个小岛的野生蚊群被抗登革热的蚊群替换。通过种群替换就可以切断登革热的传播。目前来自中国、美国、澳大利亚、巴西、哥伦比亚、印度尼西、泰国和越南的各国沃尔巴克氏体研究人员正在合作实施一个在全球“消灭登革热”的计划，利用沃尔巴克氏体技术彻底阻断登革热等蚊媒病的传播。该计划已在澳大利亚、越南、印度尼西亚、哥伦比亚、巴西和中国进行控制蚊媒的现场试验，大多取得了预想的结果。

4 利用沃尔巴克氏体技术控制蚊媒病的展望

在基于沃尔巴克氏体蚊虫的种群替代策略中，由于蚊群携带了稳定共生的沃尔巴克氏体，因而对病毒具有长期的抗性，具有持续有效的优点。一旦种群替换完成，即使有新的传染源的输入，也因不存在传播途径而使得相关疾病不能流行，达到可持续控制疾病的效果。此外，该技术对其他生物和环境零污染，并能与其他虫媒控制(如化学杀虫剂)和疾病控制(如疫苗和药物)方法综合使用，彼此没有干扰。以活体蚊群为工具，可发挥其主动寻找靶标蚊群交配的优势，而无需进行靶标蚊群孳生地的精确定位。此效应不仅仅局限于实施干预的地点，干预效应可在一定范围内呈辐射状放大。因此，是一项极为有效和经济的控制蚊媒的技术。

但目前也还有一些问题需要进一步研究：例如沃尔巴克氏体的密度在新的宿主体内可能会在长期的适应性演化过程中逐渐降低[7]，所以完成种群替换后，新蚊媒种群的抗病能力能否在自然界长期存在尚待观察。但自一个沃尔巴克氏体品系(wAlb B)被放入埃及伊蚊后已经长达10年时间[6]，却依然保留很强的抗登革热活性，所以这一担心也许是多余的。并且即使发生抗病能力降低，依然可以再次通过建立、筛选、释放感染新型沃尔巴克氏体的蚊株完成新一轮的种群替换，以实现对蚊媒和蚊媒病的控制。种群替换与种群压制相结合的方式，将是基于沃尔巴克氏体的蚊媒病控制的合理策略，即通过有规律地释放携带新型沃尔巴克氏体的雄蚊，降低野外蚊媒种群的数量，再释放少量雌蚊完成种群替换。这样使得蚊虫种群密度大大降低，既减轻蚊虫对人类生活的骚扰、切断蚊媒病的传播，又不至于对环境的生态平衡造成过大的影响。但是该方法尚存在大规模生产时雌雄蚊虫分离的难题，这一问题的解决将会有效地促进沃尔巴克氏体技术在蚊媒病控制上的应用。

(基金项目：福建省自然科学基金项目，No.2016J01149； *通讯作者)