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探秘世界最大蚊子工厂位于广州每周生产50万绝育雄蚊《新闻》

发布时间:2020-09-02 01:03:53 阅读: 来源:合成导热油厂家

TA们是谁奚志勇教授团队

●团队成员由中山大学、美国密歇根州立大学、美国肯塔基大学、国际原子能机构、中国疾病预防控制中心、广州市疾病预防控制中心、广州大学、华南农业大学和南京农业大学等联合组成,致力开发和应用共生菌沃尔巴克氏体控制登革和疟疾的传播,并开拓沃尔巴克氏体在重大农业害虫上的应用。

●登革热控制:郑小英副教授、吴瑜副教授、严子锵主任医生、胡志刚主任医生、刘起勇教授、唐谟勋教授、庾建设教授、郑波副教授、StephenLDobson教授、KonstantinosBourtzis博士、JeremieGills博士、王晓华工程师、杨翠博士、李永军博士、韦迎阳、梁永康、刘菊莲、钱伟

●农业害虫控制:曾玲教授、许益镌副教授、洪晓月教授

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,藏着目前世界上最大的蚊子工厂。每周,这里生产出50万甚至上百万只“绝育”蚊子,被送往广州南沙沙仔岛释放。

今年3月12日起,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,在沙仔岛陆续释放“绝育”蚊子,即携带新型沃尔巴克氏体的白纹伊蚊雄蚊。这是沃尔巴克氏体技术控制蚊媒及阻断登革热项目在国内的第一次田间试验,目前局部地区的种群压制效果已经超过90%。

放蚊子的技术活

每个桶里装着500只左右的白纹伊蚊雄蚊,圆桶纱网上的棉花团浸泡着糖水,在释放前给蚊子最后补充一次能量。“白蚊伊蚊活动高峰期是从早上7点到晚上五六点,我们希望释放的雄蚊在这期间能成为交配竞争的赢者。”

7月22日早上7点半,韦迎阳带着项目组工作人员,照例开着机动三轮车,车上装着几百个塑料圆桶,每个桶里装的是500只左右白纹伊蚊雄蚊。

前一天傍晚,它们就抵达沙仔岛。圆桶纱网上的棉花团浸泡着糖水,在释放前将给蚊子最后补充一次能量。“白蚊伊蚊活动高峰期是从早上7点到晚上五六点,我们希望释放的雄蚊在这期间能成为交配竞争的赢者。”

到达释放点,韦迎阳和工作人员打开密封的桶盖,被精心培育的蚊子马上就急不可待地飞出,工作人员记录释放量和释放地点。释放点通常选在植物繁茂的潮湿处,最适合雄蚊栖息并补充能量。

“放蚊子也是个技术活。”奚志勇介绍,目前团队仍采用通过笼子人工释放的“原生态”方式,而以色列已有公司专门研究如何在直升机上投放,并保证蚊子存活率。“我们还在研发阶段,希望每个细节都能很精确地控制,知道笼子里有多少只,每个地方要放多少只,这些数据可为下一步规模化应用提供证据”。

释放蚊子的现场试验,由奚志勇团队联合广州市疾病控制中心一起开展。广州市疾病控制中心虫媒消杀科的严子锵和胡志刚通过大量比较筛选,确定了沙仔岛这个地点。今年3月12日,奚志勇团队开着机动三轮车,拎着塑料桶,开始释放第一批“绝育蚊子”。之后,团队保持每周三次(隔天)的释放频率,每次放出7万-10万只。

奚志勇解释,争取刚长出的野生雌蚊和释放的绝育雄蚊进行交配,必须要有数量优势。“雌蚊一生只交配一次,这个惟一的机会要被我们释放的雄蚊获得。”放出的雄蚊在野外大概能存活两周,它的交配能力前三四天最强,而野生蚊子每天都在长,因此需要通过持续释放,保持交配优势。

在前期实验室研究和现场监测数据的基础上,团队成员密歇根州立大学的唐谟勋教授、广州大学庾建设教授和郑波副教授成功建立了释放效果的数学模型,预测要达到好的控制效果,释放的雄蚊与野外雄蚊比例在5:1最合适。

5:1,这个数字意味着,野生雌蚊有超过80%的机会和“绝育雄蚊”交配,交配后下一代将不会孵化产卵。“当我们的雄蚊获得了与雌蚊的交配权,雌蚊这一生所产的卵都不再会孵化。”

这四个多月来,沙仔岛上的500余户居民如常生活。他们在路上和项目组工作人员相遇,会热情地打招呼,偶尔也会站在旁边看他们放蚊子。团队中有6名成员长驻岛上,“和他们像兄弟一样了”,韦迎阳说。

6月份之前,团队对当地野生蚊子的控制效果达到70%以上,“基本75%的蚊子都被我们清除了”。不过到了6月,广州雨季来临,连日多雨,让野生蚊子有了最好的繁殖环境。

“大量雨水使得到处都成了蚊子滋生地,去年产的数以万计的卵也开始孵化。”雨季一过,沙仔岛上野生蚊子数量陡增好几倍。这给奚志勇团队的释放任务带来很大挑战:为维持优势比,“绝育蚊子”的释放量也要跟着翻倍。这是一次被迫的“紧急”行动。原有的“绝育蚊子”产能捉襟见肘,“场地不够,人手不够,啥也不够了。”

7月17日,新蚊子工厂正式启用。从原来100多平米的生产空间,搬到如今3000平米的新厂房,生产蚊子的规模从每周20万-30万只,提高到每周50万-60万。“4个车间目前只用了1个,如果全部开足马力,产量可达每周上千万。”这里成为了目前全世界产能最大的蚊子工厂。

发现天然“疫苗”

2009年前后,奚志勇课题组与另一个课题组同时发现,天然的沃尔巴克氏体本身就能形成抗登革病毒的作用。“科学研究常常是结果没有期盼的好。这是唯一一次,真实的情况比想要的好,当初大家的感觉都是toogoodtobetrue。”

在广州沙仔岛释放的这些“绝育蚊子”,到底能如何抵抗登革热?

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,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。

早在1967年,沃尔巴克氏体诱导蚊子种群产生细胞质不相容性(CI),可以降低蚊子种群数量的这一现象,已被科学家发现,研究结果发布在《自然》杂志。但由于当时技术局限,无法人工建立能引起CI的蚊系,限制了沃尔巴克氏体的应用。

2001年,在美国肯塔基大学读博士的奚志勇,在导师StephenL.Dobson的带领下,开始沃尔巴克氏体共生菌的研究,至今已有15年。

“科学的发展是很有意思的。”最早,他们的想法是,如果让这个共生菌携带上抗病基因,是不是就可以把传病蚊媒改造成不能传病?但2009年前后,奚志勇课题组与另一个课题组同时发现,天然的沃尔巴克氏体本身就能形成抗登革病毒的作用。

包括奚志勇在内的科学家完全没有预料到。回顾当时的情形,奚志勇还掩饰不住喜悦和兴奋。“科学研究常常是结果没有期盼的好。这是唯一一次,真实的情况比想要的好,当初大家的感觉都是toogoodtobetrue。”

针对沃尔巴克氏体的应用研究,随之加速。比尔·盖茨是这个技术的最早推行者和强有力支持者。“他投入超过1500万美元,希望把该技术开发成抗登革热、疟疾和其他蚊媒病的工具。”奚志勇团队在广东的研究最早作为“根除登革热”项目的一部分,获得比尔及梅琳达·盖茨基金会联合美国国立卫生研究院基金会的资助。2012年起广东省科技厅全面接手资助该项目,总共投入科研经费3000万。研究也同时获得广州开发区科技领军人才项目的资助。

看到该项目在全球范围的应用前景,2014年开始,联合国国际原子能机构与团队建立合作,并为项目提供进一步资助。该机构害虫控制室专家KostasBourtzis、JeremieGills还联合奚志勇团队攻关技术难点。

中山大学和密歇根州立大学的研究人员,在全球范围首次使传播疟疾的主要媒介斯氏按蚊与沃尔巴克氏体形成稳定的共生关系,并显著降低其传播人类疟疾病原体的能力。这项研究发表在2013年5月9日的《科学》杂志上。

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。

携带了新型沃尔巴克氏体的雄蚊与自然界的雌蚊交配后,所产的卵不能发育。因此,通过大量释放携带沃尔巴克氏体U的雄蚊,可以使蚊虫种群数量降低至不足以引起登革热流行。而蚊子感染沃尔巴克氏体后,登革病毒就无法在其体内繁殖和传播。沃尔巴克氏体如同“疫苗”一样阻隔病毒,使这些蚊子无法把登革病毒传染给人类。这就是沃尔巴克氏体抗登革热的基本原理。

第一个“种子”

2011年前后,团队通过对上千只蚊子胚胎的注射,从中筛选了一只与沃尔巴克氏体达成稳定共生的胚胎,最后长成一只雌蚊。这是最开始的“种子”。

7月21日上午,工作人员梁永康和侯汲虹正在显微镜下进行蚊子的胚胎注射。显微镜玻片上,有一串串密密麻麻的小黑点,这是蚊子的卵。看起来只小小一撮,但有50只卵,一个个排列得整整齐齐,显微镜下看似米粒。一根长尖的“注射针管”对准卵的特殊部位,打入沃尔巴克氏体,“一次注射一个胚胎。”

胚胎注射,是整个项目得以顺利开展的源头———建立虫株,也是两大核心关键技术之一。

通过注射,携带沃尔巴克氏体共生菌的雌蚊一旦建立稳定的共生,将永远持续携带。“只要它生产下一代,就会传给下一代,子子代代都会携带沃尔巴克氏体。”

奚志勇是第一个成功地把沃尔巴克氏体转到登革病毒和疟疾控制的蚊子中并建立稳定共生的科学家。每次提到这点,奚志勇都会郑重地厘清:“建立共生,并非简单地让细菌感染另一个生物体。它需要的是两个生物形成稳定的共生关系,技术上讲是把共生菌组装到蚊子体内去,科学上讲还需要保证两个生物体能互相适应,不排斥对方。”2001年奚志勇在美国启动这一技术的攻关。

他打了个比方,想象在一个生鸡蛋内,不同的位置含有决定未来发育方向的不同成分,其中某个位置的成分将发育成生殖系统。奚志勇团队要在蚊子胚胎发育非常早期的阶段,在特殊时间点精准地把沃尔巴克氏体注射到未来发育成生殖器的特殊部位,“这是最重要的细节”。等生殖细胞进一步生长,就把共生菌包含在里面一起发育,“形成共生共存关系”。

前两年进展迟滞。“虽然注射的蚊子第一代带共生菌,但无法传到第二代,全部结果都是阴性,试验失败。”奚志勇开始转向果蝇,先把果蝇胚胎的胞浆移植摸得滚瓜烂熟,再回到蚊子身上,“第三年全摸透了,最终获得成功。”

前期摸索时期,是一个数量巨大的注射过程,“注射了上百万个卵。”2004年,奚志勇建立胚胎注射技术,研究成果发表在2005年第301期《科学》上。“这是我平生发表得最容易的一篇文章。”奚志勇有些激动地告诉记者,这篇文章从提交到刊发只花了不到两个月。像《科学》这样高级别的杂志评审较严,来回修改常需半年或更长时间。

2009年,科学界发现天然沃尔巴克氏体本身就能形成抗登革病毒作用这一重要成果后,奚志勇团队拿到国家批复,通过生物安全检测,沃尔巴克氏体技术正式应用加速。

2011年前后,团队通过对上千只蚊子胚胎的注射,筛选出一只与沃尔巴克氏体达成稳定共生的胚胎,最后长成一只雌蚊。这是最开始的“种子”,“现在用来释放的蚊子,就来自这只雌蚊。”

随着胚胎注射技术日臻成熟,如今注射一般不超过500只,便可成功筛选出一个虫株。国际上各个课题组都要求前来学习,“在全世界,胚胎注射仍是我们最大的强项”。

在蚊子工厂“保种”室内,奚志勇拿起一只“保种”笼解释,保种的量一般保持在30笼,每笼有雌蚊3000只雄蚊1000只。在密封的网状笼上方,放着一张涂了羊血的薄铁板,这是雌蚊的食物。雌蚊每次产卵的前提是吸一次血,理想条件下,一只雌蚊吸一次血可产80-100个卵,在实验室里一般吸血约3次,也就是说,一只雌蚊可产200-300个卵。目前在实际生产中,一笼可产大概5万只卵。

分辨雌与雄

按照雌雄蚊子头胸尺度的不同,王晓华自制了雌雄分离器。“1个人按每天5小时计算,可以分离7万-8万只蚊子,准确率达到99.8%”。但这个效率仍然不够,“未来当控制范围不断扩大,释放量要上百上千万,就需要更高效的分离方法”。

蚊子生产负责人王晓华及同事将这些卵,放在塑料水盘中。实验室里保持27℃的温度、70%左右的湿度,光线则保持与野外一样的日夜黑白循环,这个环境最适合蚊子生长。

1到2小时后,它们长成一龄幼虫。“1克卵约有15万个幼虫”。在最大的一个“生产车间”,塑料盘层层叠叠摆了几十架,每架20盘。每个塑料水盘里,1万多只幼虫像小蝌蚪一般游来游去。待幼虫生长一周,王晓华便要对它们进行雌雄分离。

目前的释放实验阶段,奚志勇团队仅释放携带沃尔巴克氏体的雄蚊,如何准确进行雌雄分离,成为另一核心难题。

奚志勇团队采用的是物理分离法。“雄蚊的头胸宽在1.05毫米-1.2毫米,雌蚊大概在1.3毫米-1.4毫米。”按照雌雄蚊子头胸尺度的不同,王晓华自制了一个雌雄分离器。

混杂雌雄蚊子的幼虫随着水流,在玻璃面上被“过滤”,尺寸大的留在上方,越往下尺寸越小。“1个人按每天5小时计算,可以分离7万-8万只蚊子,准确率达到99.8%”。

但这个效率仍然不够。奚志勇直言,“未来当控制范围不断扩大,释放量要上百上千万,就需要更高效的分离方法,比如建立遗传株”。

在全世界,各种雌雄分离的技术正在尝试和创新。在南美洲已成功运行的地中海果蝇雌雄分离,采用建立遗传突变株的方法,通过在蛹的某个阶段,利用雌雄对温度敏感的不同,用34℃处理过夜后杀死所有雌性,孵化出来的都是雄蚊。“用遗传株的方法,释放量可达到1周10亿只。”奚志勇说。

登革热的重灾区在东南亚、南美等地。在国内,广东是登革热最典型的高发区。2014年,广东全省共报告登革热病例45189例,死亡6例,其中广州报告37357例,占广东总病例超八成。

这次蚊子生产“车间”的搬迁,也出于生产规模扩大的需要。最早,奚志勇团队的蚊子生产能力一周为1000-2000只,经过一年努力,生产规模上升到10万只,“这是产能的第一次突破”。如今产能从10万上升到100万只,又是一次新突破。

“上升到一定量后,从卵的孵化、发育时间、雌雄分离,每个步骤都要细化,生产线也要标准化。”2014年,团队正式启动大规模培养生产阶段。“以前不是问题的细节,现在都成为影响产量的关键,这也是产业化与实验室研究最大的不同。”

监测与推广

沃尔巴克氏体技术应用的另一个方法是释放雌蚊进行种群替换。释放雌蚊对野外蚊子的冲击更加直接高效,但雌蚊叮人,释放需要控制好数量,使其足够引起种群替换但不会显著增加对人的骚扰。

3平方公里的沙仔岛上,放置了很多诱卵器、成蚊“诱捕器”,它们是奚志勇团队用来监测释放控制效果的“武器”。蚊子吸过血后,会寻找湿润的地方产卵,通过诱卵器采集虫卵,可以估算出当地的蚊子数量。

目前控制效果如何?奚志勇表示,当前数据显示,不释放“绝育蚊子”的地方,野外蚊子孵化率达90%;而在控制的释放区,有的孵化率为0。“持续保持压制一段时间后,我们希望这块地方(野生蚊子)将会被全部清除掉。”奚志勇团队在等待压制效果扩散到整个岛。

而成蚊诱捕器则被放在有杂物或植物丛生处,内置一个黑色小风扇,里面放了模拟人体汗味的诱蚊片。蚊虫喜欢黑色,循着气味而来,“狡猾”的人类用风扇将蚊子吸入袋中。每隔24小时,韦迎阳和同事会来加袋、收袋。“每个点不一样,多的地方能捕到100多只,少的十几只”。

这些被俘获的蚊子,被送往实验室检测诊断。该部分工作由杨翠带领质量控制组完成,“类似医院的检验科”。实验室里有专门针对沃尔巴克氏体的分子诊断环节,“有(沃尔巴克氏体)的话,就有一条条闪亮的带子,没有的话就是空白。”由此,奚志勇团队可以清楚地检查出这些蚊子有没有携带沃尔巴克氏体,以及携带沃尔巴克氏体的蚊子有多少,“这样就能知道外面的比例控制得怎样”。

释放的绝育雄蚊和野外雌蚊交配后,将不会产卵,没有下一代,维持一定时间优势比例后,野外蚊子种群就会下降,达到种群压制效果,“不停地维持压制效果,以至最后根除整个传病种群。”

奚志勇介绍,“我们项目第一期是控制蚊媒数量,叮人传病的雌蚊减少,释放的雄蚊不叮人,所以老百姓也支持。”但要持续保证效果,还得建立屏障,防止外部的野外蚊子飞进来,也要持续释放雄蚊。目前沙仔岛局部地区的压制效果已经超过90%。

除了释放绝育雄蚊,减少野外蚊子种群外,沃尔巴克氏体技术应用的另一个方法是释放雌蚊进行种群替换。

“种群替换相对比较简单,就像种杂交水稻一样,我们是种蚊子,但需要进一步的社区宣传和教育”,负责社区教育的郑小英直言。释放雌蚊对野外蚊子的冲击更加直接高效,但雌蚊叮人,释放需要控制好数量,使其足够引起种群替换但不会显著增加对人的骚扰。奚志勇表示:“种群压制效果达90%以上,如果获得足够的社区支持,就开始启动种群替换。”

奚志勇团队已同登革热高发的墨西哥和巴基斯坦合作,进行种群压制和种群替换。同时,与印度的疟疾控制试验也在筹划。这些合作意味着,团队准备将中国项目的成功模式复制到其他国家,“也表明该技术在国际范围内有巨大的社会需求”。

负责报批工作的钱伟介绍,按照国家有关规定,沃尔巴克氏体技术应用成熟的鉴定,需要两个现场实验点成功后方可通过。两年前,钱伟为团队在农业部获得沃巴克次体作为微生物农药的第一个田间试验许可。

不久,海南将成为第二个田间实验场。“海南现场点监测有1年多了”,该现场将由奚志勇团队联合中国疾病预防控制中心的刘起勇教授和海口市疾病预防控制中心开展试验。

今年年底,奚志勇团队将总结南沙沙仔岛的田间实验进展。“需要各种非常完整、仔细的科学数据,我们的目标是将研究成果发表到顶尖的国际科技期刊,产生全世界的影响力,使沃尔巴克氏体技术可在全球用于登革热控制。”

最新成果

●国际上首次建立沃尔巴克氏体与登革蚊媒的共生,成果发表在《科学》上;

●国际上首次发现沃尔巴克氏体的抗登革病毒作用并揭示其抗病毒机制,成果发表在PNAS(《美国科学院院报》)和PlosPathogens上;

●获得农业部颁发的中国首个沃尔巴克氏体作为微生物农药的田间试验许可证,并在中国首次开展以蚊治蚊项目;

●国际上首次建立沃尔巴克氏体与疟疾蚊媒的共生,成果发表在《Sci-ence》上;

●自主开发设计雌雄分离仪、沃尔巴克氏体的分子诊断分型试剂盒;

●与国际原子能机构展开全面合作,建立沃尔巴克氏体和射线技术的有机结合,并设计生产用于昆虫射线照射的专用射线仪;

●与墨西哥政府达成应用沃尔巴克氏体控制登革的合作意向;

●在广州建立目前世界上最大的蚊子生产基地。

策划:任天阳 王海军 田霜月

统筹:冯巧 陈实 薛冰妮 贺蓓

采写:南都记者 贺蓓 实习生 王琦玥

摄影:南都记者 马强 实习生 肖睿弘

出品:南方都市报科学新闻工作室

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