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应用沃尔巴克氏体通过种群替换阻断蚊媒病的传播

栏目:灭蚊子 文章出处:网络 人气:0 发表时间:10-11

应用沃尔巴克氏体通过种群替换阻断蚊媒病的传播

(应用沃尔巴克氏体通过种群替换阻断蚊媒病的传播)

  利用沃尔巴克氏体通过种群调换阻断蚊媒病的传播

  蚊类是虫媒病传播的最重要媒介昆虫之一,蚊媒昆虫如伊蚊每年可引发5000万至1亿例登革热病例;而由按蚊传播的疟疾每年约造成超过78万人逝世亡。蚊媒病的防治是全人类独特关注的重要公共卫生问题,然而,重要的蚊媒病至今尚无有效的疫苗可用于防备。对蚊媒病的防治基本依附把持虫媒数量从而切断传播途径,其中最常用的仍然是大量利用化学杀虫剂。近年来,蚊媒把持的研究热点集中于生物防治方法,如利用昆虫病原真菌杀逝世成蚊或幼虫,树破可能有效地抗病原体的转基因蚊虫,改革蚊媒肠道内共生菌以把持病原体传播,及采取昆虫绝育技巧等。然而以上方法或者本钱较高、不可连续,或者存在较大的生物保险隐患。而基于昆虫共生菌沃尔巴克氏体(Wolbachia)的蚊媒种群调换跟蚊媒病把持因为存在低本钱、高效力、可连续以及环保等特点,现已成为蚊媒病生物防治的最大热点。本文对基于沃尔巴克氏体的蚊媒种群调换原理、实验室研究、现场实验进展等方面做一简要综述。

  一、基于沃尔巴克氏体的种群调换对蚊媒病把持的原理

  沃尔巴克氏体早在1924年就从尖音库蚊(Culexpipiens)中被发明,但直到Yen跟Barr留神到沃尔巴克氏体能引诱库蚊产生胞质不相容(cytoplasmicincompatibility,CI)景象,人们才开端对它产生极大的兴趣。灭蚊子通过电能在网面上形成一层电网,击中蚊子后电流通过蚊子身体,将蚊子烧死。不携带沃尔巴克氏体的雌蚊与携带沃尔巴克氏体的雄蚊交配后所产的卵不能孵化,而携带沃尔巴克氏体的雌蚊无论与带或不带沃尔巴克氏体的雄蚊交配都能产生下一代,这间接赋予携带沃尔巴克氏体的雌蚊生殖上风;加之沃尔巴克氏体可能经卵传递,所以实际上在天然种群中释放一定量的携带沃尔巴克氏体的种群,在经历过足够的传代后,目标蚊媒种群终极会全部携带该沃尔巴克氏体;另外,沃尔巴克氏体可能引诱蚊媒产生对多种人类病原体的抵抗才干。利用CI机制,通过有盘算地开释携带新型沃尔巴克氏体的、可能有效克制人类病原体传播的蚊类种群,终极实现开释区域内的靶标种群全部携带新型沃尔巴克氏体,从而减少甚至阻断病原体的传播。种群调换指将天然界野生的易感跟传病的蚊媒改革成抗病的蚊类种群,从而切断传播途径。调换产生后,即便有新的沾染源(如登革热病例)输入到该区域,疾病的盛行也不可能产生。与传统的通过降落蚊虫数量来把持蚊媒病不同,种群调换强调的是降落蚊虫的传病才干。也就是说种群调换后,诚然蚊虫仍然存在并叮咬人,但疾病的盛行得到了把持。

  二、基于沃尔巴克氏体的蚊媒种群调换的实验室研究

  基于沃尔巴克氏体的蚊媒种群调换的前提是树破与野生种群单向或双向不相容的种群。胚胎显微注射技巧胜利实现了沃尔巴克氏体可在雷同或不同物种间转移,为树破携带新型沃尔巴克氏体的蚊株供给了强盛的技巧支撑。重要的蚊媒,如埃及伊蚊(Aedesaegypti)跟按蚊(Anopheles),天然不携带沃尔巴克氏体,树破与它们单向不相容的种群只须要从其余天然沾染的昆虫将其沃尔巴克氏体转移过来以树破可经卵传递的蚊系,如牢固携带wAlb

  B、wMelPopCLA或wMel的埃及伊蚊,以及携带wAlbB的斯氏按蚊(Anophelesstephensi)。而对天然携带沃尔巴克氏体的蚊媒类群如wAlbA跟wAlbB两重沾染的白纹伊蚊(Ae.albopictus),则需在原有基本上再转入新型的沃尔巴克氏体。如通过胚胎显微注射的方法,将果蝇(Drosophila)天然携带的沃尔巴克氏体株型wRi或尖音库蚊携带的wPip转染到白纹伊蚊中,产生牢固携带wAlb

  A、wAlbB跟wRi或wAlb

  A、wAlbB跟wPip3品种型沃尔巴克氏体的蚊株,可能通过单向不相容调换野生白纹伊蚊种群。实际上,种群调换也可能通过双向不相容的CI来达到,因为在同一区域两种不相容的蚊种不能共存,引起彼此的“战斗”而导致种群数量的降落,终极的结果必定是一种蚊种赛过另一种而实现种群调换。但双向不相容须要开释更多的抗病蚊以帮助其成为“战斗”的赢者。Blagrove等将wMel通过胚胎显微注射的方法牢固沾染四环素处理过的白纹伊蚊,该携带单一型的蚊株与野生双重沾染的蚊虫可产生双向的CI,并且该蚊种可完全阻断登革热病毒的传播(唾液中无沾染性病毒颗粒)。

  实际上并不是所有的可能与野生蚊媒种群产生胞质不亲跟的实验室蚊种都能在实际中用于种群调换。个别携带新型沃尔巴克氏体的蚊株除须要有效阻断病原体外,其适应力(Fitness)不能有明显降落。人工树破的牢固携带wMelPop?CLA的埃及伊蚊诚然表示对多种病原体的抗性是目前察看到最强的,而且能通过转变蚊媒种群年纪结构使得病毒不能度过外埋伏期。然而wMelPop在宿主体内适度复制,造成宿主神经跟肌肉组织病变,随着年纪的增加,宿主表示出状况跟行动上的病变,吸血量减少甚至不能胜利吸血,而且假如吸食非人源血,产卵量跟孵化率均会急剧降落;另外,随着休眠期的延长,携带wMelPop?CLA的埃及伊蚊产的卵孵化率也会受到重大影响。所以实际上wMelPop难以在野生埃及伊蚊种群中树破牢固的沾染。在澳大利亚跟越南先后发展的野外开释实验也发明wMelPop的沾染率在野生种群中急剧降落[39],并且终极从蚊群中被清除。沾染wAlbB或wMel的埃及伊蚊在高效抵抗登革热病毒的同时,生活力不明显降落,因此携带wAlbB或wMel的埃及伊蚊实现种群调换后,便可能在天然界长期存在。

  沃尔巴克氏体可能赋予其蚊媒宿主对人类病原体较强的抗性是筛选沃尔巴克氏体类型的另一个重要指标。实验室对该指标的考量重要是:病原体在蚊体内的复制跟扩散才干是否得到克制,以及蚊虫在叮咬时,从唾液腺逸出的存在沾染性的病原体是否减少或消散。后者是沃尔巴克氏体赋予宿主对病原体的抗性强弱最直观的反应,也是目前考试抗病才干的“金标准”。研究发明,单纯通过PCR检测获得全虫的沾染率或者只检测病原体在中肠沾染水平的数据不存在太大的信息价值,不能反应出沃尔巴克氏体阻断病原体传播的才干。在种群调换实际利用中,除了沃尔巴克氏体不能对宿主的生活力造成太大影响外,个别盼望该型别阻断病原体的才干尽可能强。但这其中有个均衡点,阻断才干大小一般决定于沃尔巴克氏体的数量,而过高的数量会降低蚊虫的适应力。

  目前对沃尔巴克氏体引诱宿主产生抗病的机制尚不明白。现有的证据支撑两种假想,第一,沃尔巴克氏体可能进步蚊虫的基本免疫力,如同接种了疫苗,携带新型沃尔巴克氏体可能使蚊虫存在抗病原体的才干。比方,现已发明沃尔巴克氏体可增加蚊虫体内一种天然免疫成分活性氧(reactiveoxygenspecies)的产生。第二,沃尔巴克氏体与那些病原体在蚊虫宿主体内竞争同一个宿主成分,因为被沃尔巴克氏体获得,病原体无奈进一步增殖。比方,有证据显示某些氨基酸跟胆固醇(cholesterol)有可能就是这些沃尔巴克氏体跟病原体都须要的宿主成分。越来越多的证据表明只有当沃尔巴克氏体在宿主体内的密度较高时,才干达到克制或阻断病原体的传播,并且沃尔巴克氏体须要与病原体散布在蚊体内的同一组织才干产生抗病原体作用。所以沃尔巴克氏体介导的抗病原体才干依附于其在特定组织(如中肠跟唾液腺)的散布跟密度。

  三、基于沃尔巴克氏体蚊媒种群调换现场实验进展

  基于沃尔巴克氏体的蚊媒种群调换现阶段只利用于把持登革热的传播。ScottO’Neill即是2006年树破“毁灭登革热(eliminatedengue,ED)名目”,先后有澳大利亚、越南、中国、印度尼西亚、巴西跟哥伦比亚6个国度参加。目前已经将该生物防治手段利用到现场实验的国度有澳大利亚、越南、印度尼西亚、哥伦比亚跟巴西。与其余国度重要把持埃及伊蚊不同,中国事独逐个个针对白纹伊蚊进行把持的国度,目前已经开端现场实验前的野外考察跟社区教导工作。

  澳大利亚是最早发展基于沃尔巴克氏体的蚊媒种群调换现场实验且获得胜利的国度。经过长达10个月的危险评估跟大量的社区工作,澳大利亚消除登革热名目组于2011年1月4日开端在东北部沿海城市Kairns的2个郊区YorkeysKnob跟Gordonvale进行携带沃尔巴克氏体(wMel)的埃及伊蚊开释。开释实验共连续10周,每周1次开释定量的携带wMel的实验种群。随后连续监测5周以判断沃尔巴克氏体沾染率,发明2个地区的沃尔巴克氏体沾染率都坚持在较高水平(>90%)。开释实验1年之后的考察表明,wMel沾染的埃及伊蚊在天然界能牢固存在,且仍对登革热病毒存在良好的抗性。

  因为携带wMelPop的埃及伊蚊存在目前为止最强的抗登革热才干,越南最早于2013年4月开端现场开释携带wMelPop的埃及伊蚊,同年8月底的监测结果表明,wMelPop的沾染率为80%,然而2月的监测结果显示wMelPop的沾染率已经降落到20%以内,终极种群调换失败。这是因为wMelPop的适度增殖重大影响宿主生活力,从而降落了其与野生种群生存竞争的才干。5月越南ED名目组开端盘算在越南中南部海岸线上的三阮岛发展第2次开释实验,本次开释的埃及伊蚊携带对宿主生活力多少乎不影响的wMel。最新的检测结果表明,经过1个月的开释,wMel在开释地埃及伊蚊种群中的沾染率已经达到39%。印度尼西亚于1月开端现场开释携带wMel的埃及伊蚊。5月底实现2个实验点的开释后,监测结果表明沃尔巴克氏体沾染率已高达66%(Kronggahan地区)跟78%(Nogotirto地区)。

  四、瞻望

  基于沃尔巴克氏体的蚊媒种群调换已经在现场实验中测试胜利,这是其余蚊媒病生物防治方法所未能达到的;另外,鉴于蚊媒病近多少年呈暴发增加趋势(WHO),把持蚊媒病引起人们急切关注,因此该方法有可能近年在世界范畴内推广。目标是在疾病高发区测试获得确切的阻断登革热盛行的数据后,作为一个新型把持登革热手段由WHO向全世界推广。现有的担心包含沃尔巴克氏体的密度可能会在新的宿主体内长期适应性演变而密度逐步降落,所以实现种群调换后,新蚊媒种群的抗病才干是否在天然界长期存在尚未可知。但预计数量的降落将会是一个沃尔巴克氏体跟蚊虫缓慢彼此适应的进化进程,须要很长的时光才会产生。比方,自wAlbB第1次被放入埃及伊蚊后,至今已有10年时光,但仍然保存很强的抗登革热活性。并且即便产生抗病能力降落,仍然可能再次通过树破、筛选、开释沾染新型沃尔巴克氏体的蚊株实现新一轮的种群调换,以此实现蚊媒跟蚊媒病把持的“长治久安”。

  种群调换与种群压抑相结合的方法,或者是基于沃尔巴克氏体的蚊媒病把持更为有效的方法。防蚊子可以在室内喷射花露水或者其他带有香味儿的花蚊子不太喜欢香的味道最好在洗澡的时候往身上涂抹一些凉爽和止痒的效果明显花露水可以止痒喷洒花露水不容易被蚊子咬。杀蚊子每晚睡觉前将吸尘器对准床底、屋角等蚊子容易聚集之处吸尘可将大部分蚊子吸入吸尘器内。首先通过有法则地开释携带新型沃尔巴克氏体的雄蚊,降落野外蚊媒种群的数量,再开释少量雌蚊实现种群调换。这样以来,岂但蚊虫传播病原体的才干受到克制,而且其种群密度会大大降落,在减少对人的骚扰、叮咬的同时,进一步降落蚊媒传播病原体的可能。然而该方法尚存在大范围生产时雌雄分别的困难,在前期种群压抑时,实际上雄蚊中掺杂了极少量雌蚊也会使得种群压抑变为种群调换。为解决该问题,目前国际原子能害虫把持组正投入大量赞助盼望利用各种可能的方法(包含物理的如激光跟射线、遗传的如雌雄分别株跟机械的如分别器)树破一个高效的蚊虫雌雄分别办法。信赖未几的将来,在人类与蚊媒的斗争中会树破更为高效的工具,这将会有效地增进沃尔巴克氏体技巧在蚊媒病把持上的利用。

 

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