给蚊子绝育抗登革热 最快一年内有望投用

实验:释放的蚊子从某种角度上与杀虫剂相类似,其效果基本局限在处理区,飞的距离绝大多数都在50米到75米之内,即90%的蚊子都呆在离释放点75米之内。

产能:今年会用二代生产线把生产量提升到每周1000万的雄蚊。

工具:无人机被选中为最有效的释放工具。

成本:根据目前的情况最终算出来的成本是,每公顷每年在108-163美元之间。

在蚊子的世界里,雌蚊靠吸血为生,而雄蚊则只吸草汁、花蜜过活,不吸血不叮咬人。白纹伊蚊有“亚洲虎蚊”之称,叮人凶猛,更是传播登革热、寨卡等病毒的媒介与帮凶。

让蚊子对抗蚊子——释放携带沃尔巴克氏体的雄蚊,让白纹伊蚊“绝育”,以达到种群控制的效果,让蚊子成为对抗登革热、寨卡蚊子的“武器”,这是奚志勇团队“以蚊治蚊”抗登革热的原理。

2015年3月,首批“绝育蚊子”在广州南沙沙仔岛释放,这是该研究的第一个田间试验点。2016年3月,番禺大刀沙岛释放开启。

从孤岛再到城市,2018年,“绝育蚊子”已“悄然”进入广州市区的城中村与高楼大厦里,城市释放监测继续。

7月18日,《自然》发表了来自中山大学-密歇根州立大学热带病虫媒控制联合研究中心奚志勇教授团队的最新研究进展《传染病:双管齐下的蚊媒防治》。这是团队相关研究成果自2013年在《科学》发表后再次登上顶尖科技期刊。

团队最新研究结果显示,在两年的时间里,野生蚊子种群几乎全被清除,每年野生蚊种的数量平均减少了约83%-94%,且在长达6周内都侦测不到任何蚊子。

奚志勇接受南都采访时介绍,这一技术的成本每年每公顷的面积在108-163美元之间。最快一年内,“绝育蚊子”技术抗登革热有望投入运用。“希望未来这个技术可作为一个控制登革热的绿色环保的手段与技术向全球推广”。

防控原理:

让登革热媒介白纹伊蚊“绝育”

白纹伊蚊是一种全球性、具有强大攻击性和入侵性的蚊子,可传播登革热病毒、基孔肯雅病毒、寨卡病毒等。

昆虫绝育技术能很成功地用来控制一系列农业害虫,在拉美、美洲和非洲已作为区域性害虫控制的工具成功用于种群压制或清除。一直以来,大家希望把这一技术应用到蚊媒控制上来,但技术难度不小。“通过传统射线,会导致蚊虫适应力和交配竞争力下降”,压制白纹伊蚊种群数量的传统策略一直收效甚微。

2001年,在美国肯塔基大学读博士的奚志勇,在导师带领下开始沃尔巴克氏体共生菌的研究,至今已18年。他是第一个成功把沃尔巴克氏体转到登革热病毒和疟疾控制的白纹伊蚊中并建立稳定共生的科学家。

沃尔巴克氏体,是一种在自然界节肢动物体内广泛存在的、接近立克次体,并能经卵传递的革兰氏阴性胞内共生菌。它天然存在于全球约65%的昆虫种群和28%的蚊虫种类中,而携带不同型别沃尔巴克氏体的雌雄昆虫交配后产生的卵不发育。

广州的蚊子已携带两种沃尔巴克氏体,因此要想通过释放雄蚊达到种群压制的目的,意味着必须建立一个新的携带不同型的沃尔巴克氏体的蚊种。

奚志勇和同事让蚊子感染了一种结合三种沃尔巴克氏体菌株的新型共生菌(几乎不存在于野生种群中),再对蚊子进行辐射,让可能被意外释放的携带同型沃尔巴克氏体的雌蚊绝育,同时保证辐射水平不会影响雄蚊的生殖竞争力。

“当雄蚊带了三型共生菌,雌蚊只带两个菌型的话,雌蚊就没有下一代,因为它产的卵都会死亡。这就是‘胞质不相容’,就好像血型不配对。但当雌蚊和雄蚊都携带同样菌型的话,那就一切正常,雌蚊可产卵,卵也可孵化。”奚志勇解释,如此,释放携带新型沃尔巴克氏体共生菌的雄蚊,与野生雌蚊交配,以导致雌蚊绝育,进而压制种群数量。

在技术操作层面,奚志勇团队将两个方法结合:对于雄蚊,用共生菌达到野生雌蚊绝育,种群控制效果；对于混杂的少量雌蚊,则用低剂量射线来把它彻底去除,如此最终达到接近根除的效果。

2011年11月起,奚志勇团队从果蝇、伊蚊和库蚊体内提取沃尔巴克氏体,成功将其导入登革热媒介白纹伊蚊体内,建立稳定的携带新型沃尔巴克氏体的蚊株。团队建立的三重感染株,不仅能引起胞质不相容性,同时可极大地抑制登革热病毒、寨卡病毒。“这确保我们的工具有足够的安全性。”

“我们建立的这个工具是目前世界上针对白纹伊蚊‘绝育’最好的蚊株”。这是基于一系列的测试,包括胞质不相容性引发的100%不育,蚊子交配竞争力及抗病效果等指标上。奚志勇认为,这也是《自然》感兴趣的原因之一,“以往也从来没有通过如此大规模的现场释放实验,来证明种群是可以接近被清除的”。

现场试验:

“绝育”蚊子进入广州城区

现场试验开始于2015年3月,首批“绝育蚊子”在广州南沙沙仔岛释放,这是该研究的第一个田间试验点。当年,团队在试验点投入约650万只雄蚊,成虫控制效果达到97%。2016年3月,番禺大刀沙岛释放开启。

要释放多少“绝育雄蚊”方能清除某区域的白纹伊蚊?这需连续释放带菌雄蚊,让它在数量上与野生雄蚊有优势。数学模型推定,释放的雄蚊与野外雄蚊比例需至少达到5:1。这意味着,在随机交配的条件下,野生雌蚊有超过80%的机会和“绝育雄蚊”交配。“一旦跟我们的蚊子交配,它就没有下一代了”。

在实验室,通过该技术清除蚊子种群非常容易,只要连续释放3-4代就可实现。但在真实现场,难度可不小:外界蚊子可能飞进来；白纹伊蚊的卵在自然界中可储存1-2年,这些野外的卵可以选择不同时间点不停孵化。基于此,奚志勇解释,在真实非隔离情况下,如果迁入和卵的库存消耗两大问题未能解决,压制效果有可能达不到100%的清除,可能只有70%或者80%。

很多人也好奇,蚊子飞来飞去,如何刚刚好,让绝育蚊子控制在某个区域。

早在2014年现场试验初期,奚志勇团队就发现,释放的绝育蚊子并不像一般人想象中会一直到处扩散。“我们释放的蚊子,从某种角度上其实与杀虫剂相类似,其效果基本局限在处理区,虽然蚊子会飞,但它飞的距离绝大多数都在50米到75米之内,即90%的蚊子都呆在离释放点75米之内,不会像果蝇或鸟一样飞好远。”奚志勇说,如此,能很好地保证在释放区域的压制效果,在没有释放的区域则不会有太大影响。在大刀沙、沙仔岛的释放区,其设计每50米设一个释放点,以很好地集中和覆盖释放范围。

2018年,“绝育蚊子”“悄然”进入广州市区的城中村与高楼大厦里。它们面临着全然不同的境况。

“我们发现城中村的情况跟沙仔岛、大刀沙完全不一样。”大刀沙试验点成功后,2018年奚志勇团队与省市疾控了解现有手段控制登革热的难点和问题,他们瞄准了两类试验点:一是城中村,它的环境复杂与纵深导致传统方法很难控制；一是高楼大厦,蚊子密度非常高并在空间上呈垂直分布到高楼顶部。“我们最主要的目标是控制登革热,希望把这个技术用在那些现有传统手段很难控制的高风险区域。”

释放工具则成为掣肘。在岛上,用人工捧着桶去释放的方式,在城中村已不再适合；高楼大厦的释放也需确保覆盖到不同楼层、不同高度以及室内的蚊子滋生地……这些仍需要一系列新技术改进,以配合一些特殊地带的释放。

在城市里,他们也尝试寻找一些有效的天然屏障。比如足够宽的车道、或靠湖、或靠高速公路等。一些地方如果很难找到屏障,就通过设立人工缓冲区的方法,来确保释放区域的控制效果。

在国外,奚志勇说,在城市中通过“绝育蚊子”进行蚊虫控制应用与广州最类似的是在新加坡。新加坡有大量高楼大厦,他们也获得了一些比较好的数据。在美国,去年开始当地卫生部门在迈阿密的南部城市,用这一技术进行白纹伊蚊的控制。

技术升级:

蚊子工厂“二代生产线”启用将周产1000万雄蚊

不计其数的“绝育蚊子”通过最早的第一个“种子”繁衍,像生产线一样被生产出来。

在广州市萝岗区高新技术产业开发区科学城加速器园区的一栋大楼内,世界上最大的“绝育蚊子”工厂就藏身其中。按“一代技术”设计标准,车间能达每周6000万雄蚊的产能。

蚊子经历卵、幼虫、蛹、成虫阶段,雌雄分离是关键技术。由于雄蛹比雌蛹要小,且雄蚊羽化时间比雌蚊早,一开始团队利用人工进行雌雄分离。2016年4月,世界首台专门用于蚊子雌蛹辐射处理的X光射线仪投入“蚊子工厂”使用,处理能力达60万只/小时,大大提高生产效率。“增加了我们在野外控制蚊虫数量的能力。”

奚志勇透露,2017年后,团队对蚊子工厂生产线技术各环节升级改造,提高效率。目前已拥有了“第二代”生产线,最大特点是自动化程度,大规模应用程度极大提高。“之前出于成本等因素,我们的产量在每周500万,今年我们会用二代生产线把生产量提升到每周1000万的雄蚊”。

投放技术的更新,也很重要。无人机被选中为最有效的释放工具。“比如城中村是复杂地带,我们在监测时发现,通过无人机应该可最有效地覆盖滋生地,达到快速的压制效果”。

目前,团队已与一家无人机公司合作研究通过无人机释放蚊子的技术一年多。而在国际上,国际原子能机构、德国、以色列、谷歌等国家及公司机构,也在进行无人机释放系统的研发。

应用进度:

最快未来一年获批走向推广应用

在论文登上《自然》的新闻发布会上,奚志勇介绍,前期田间试验的最新结果显示,若从蚊子成虫的数据看,一年内有6周没有检测到任何蚊子的成虫；若从卵的数据看,大约有13周没有查到任何有生命力的卵,年度压制效果平均达到90%以上。“通过这个实验中,我们证实了一系列以前一直不确定的关键技术细节,比如说这个技术越是在孤立、屏障效应越好的地方,压制效果越好”。

他打比方说,在沙仔岛的释放,有一些隔离非常好的地区,监测37周的过程中,有29周没有检查出任何蚊子。“随着蚊虫压制效果的增加,社区对这个技术的支持度也显著增加。未来我们希望这个技术,可作为一个控制登革热的绿色环保的手段与技术向全球推广”。

“绝育蚊子”技术最快能何时走向应用?

奚志勇例举,美国相关技术在2017年已获得环保署微生物杀虫剂注册。目前携带沃尔巴克体的雄蚊,在美国20个州是可以商业化应用的,比如佛罗里达州,该技术已被传统防控部门投入到控制蚊子的应用中。

他说,“未来一到三年之内,最快是一年将走向应用。在国内一旦获得农业部批准许可,作为一个微生物杀虫剂的农药登记证,就可以马上进入推广应用。”目前农业部的申报在密切进行中。

如果该技术投入使用,成本如何?奚志勇说,经过包括人工、仪器折旧、技术改进等一系列评估后,根据目前的情况最终算出来的成本是,每公顷每年在108-163美元之间。“这个数据与传统用昆虫绝育工程来控制农业害虫,成本非常接近,是比较可行的价格方案”。

焦点问答

A

“该研究对蚊虫治理将是很好的技术补充”

记者:目前广东在蚊媒传染病防控上总体情况如何?广东未来会否将这一技术应用到蚊媒控制中?

广东省疾病预防控制中心副主任林立丰:通过释放人工感染沃尔巴克体的雄蚊到自然界,与自然界没有感染的雌蚊交配后,让雌蚊产卵不会孵化,导致整个种群的压制。这个理论和技术,我认为对于整个广东省的蚊虫防控是非常有意义的。因为现在广东因蚊虫传播登革热等蚊媒传染病对我们造成的一些健康危害还是较多。

近年广东省登革热的疫情仍持续有发生,对居民健康造成了较大影响。现在登革热防控没有疫苗,也没有特效药,我们只能够通过控制它的传播媒介,主要是白纹伊蚊来预防控制。现在白纹伊蚊的防控上,我们强调主要采取“以环境治理”为重点的综合防控措施,包括清除蚊虫的孳生地,即翻盆倒罐、清除积水等进行治本,同时也配合杀虫剂来杀灭虫蚊。现在面临的问题是经常使用杀虫剂也导致了蚊虫对杀虫剂的耐药性,对现场防控效果受到一定影响。

如何有效应对这种情况?我们要采用一些新技术运用到整个防控中来,所以现在广东倡导蚊虫的绿色治理,以清除蚊虫滋生地为重点,配合一些绿色的、环保的、有效的技术来应用到整个防控中来。通过释放沃尔巴克体,压制自然界的蚊虫密度,对于整个防控应该说是非常有意义的。

2016年,全世界特别是在南非发生了寨卡病毒病的暴发流行,广东省也在2016年2月首例输入性寨卡病毒病患者,当年3月1日广东省政府就启动了广东省防控寨卡病毒病科技攻关项目。我们要回答,广东省的白纹伊蚊是不是会传播寨卡病毒?这个感染沃尔巴克氏体的白纹伊蚊,如果感染寨卡病毒以后,寨卡病毒在蚊体里的传播是怎样的?如果白纹伊蚊感染寨卡病毒,我们如何来应对?这个研究着重回答这几个问题。

我们研究发现,通过实验室人工感染寨卡病毒以后,广东省的白纹伊蚊是会传播寨卡病毒病的。沃尔巴克氏体对白纹伊蚊感染和传播寨卡病毒病的影响上,我们研究发现白纹伊蚊感染共生菌以后,当它吸血叮咬带寨卡病毒的动物,沃尔巴克对寨卡病毒有抑制作用,同时它也可以抑制寨卡病毒经卵传递到下一代的能力。

广东对蚊虫防控一直很重视。正如奚教授所讲,通过沃尔巴克氏体雄蚊释放,来压制自然界中蚊虫的种群,在实际运用中仍还有很多技术问题要解决。比如说,自然界里蚊虫有多少,需要释放多少雄蚊?这要通过监测来决定实际投放量。还要考虑释放持续时间,在多大范围内释放,要不断去探讨。项目只是刚开始,还要做研究。这个研究对蚊虫治理将是很好的技术补充。

但是,不管用什么技术,对蚊虫的防控,白纹伊蚊的孳生地主要是一些积水,我们要强调的是,我们要通过孳生地的清理,降低蚊虫的环境容量,没有积水就没有蚊虫产生,要以治本为主,同时配合一些新技术新方法。我相信我们这个工作可以做得越来越好。

B

“不存在在生态上把某个蚊种消除的条件”

记者:蚊子本是生物链中的天然一环,这个方法会否将它完全灭绝,蚊子会不会从生物链中被消除?会不会对生态环境有影响?

奚志勇:这里讲的种群清除有很多限制条件。我们针对的是传病的蚊株,在广东主要是针对白纹伊蚊。自然界中存在的蚊子种类非常多,很多蚊子不传病,一些蚊子根本不盯人,一些虽吸血,但吸动物血……这些蚊子都不是我们的控制目标,也就是说,我们这个方法是专一针对白纹伊蚊,对其他绝大多数的蚊种是没有影响的。所以当我们说把这个蚊种清除,是指专一的对传播疾病的蚊种进行控制。

其次,我们说清除,主要是指在人类居住的地方,把承担传病角色的蚊子在该区域清除,而存在于野生环境,不起传播疾病作用的蚊子,不会是我们的控制目标。清除是指在我们的居住区域建立一个无蚊或接近无蚊的人类保护区,而不是在整个地球上或整个中国把它去除掉。它在那些不危害人的地方还是存在的。所以,不存在在生态上把某个蚊种去除的情况。

记者:为何不使用转基因蚊?

奚志勇:虽然转基因蚊子很早就在开曼群岛做过现场释放,但到目前为止,能够接受转基因蚊的国家,除了开曼群岛、巴西,其他的国家都面对着严峻的政府批准问题。另外,大众对它的接受也是一个严重的问题。比方说在美国,转基因蚊子已经获得FDA(后来是EPA)的许可,但是老百姓还是反对,社区的支持也是面临的一个问题。此外我认为至少目前现有的转基因蚊技术没有比我们采用沃尔巴克氏体共生菌的技术好,根据现有的数据,其实我们的技术在控制效果和安全性上都远远好于转基因蚊技术。

记者:如果未来该技术推广到北方或中国其他地区,会否有不适应性?

奚志勇:这个倒是没有,因为我们做的是种群压制,我看不出会有什么不适应性。现在其实全球有20多个国家都在测试这个技术,各个国家的(环境气候)差异可远比国内差异要大。我们的蚊子工厂正被国际原子能机构提升为绝育蚊技术在亚洲乃至全球的培训中心,就是我们给全球各个地方的人进行培训,把这个技术输出去,而他们的环境可是跟我们这边很不一样,但这个技术照样可行,它具有一定的普及性。唯一的因素,有些地方有冬天,像热带没有冬天,这可能是最大的差别。至于这个技术在哪些环境下会影响它的效果,目前还未发现,我们目前也是积极想把这个技术向全球进行推广。

出品:南方都市报科学新闻工作室

采写:南都记者贺蓓 吴斌 图片:由受访者提供