最近，一項由澳洲聯邦科學產業研究所（CSIRO）主導的研究利用生物工程技術實現了對埃及伊蚊種群的高效撲殺。參與研究的科學家們在澳大利亞的昆士蘭州北部的一處實驗地區，釋放了大量經過不育處理的雄蚊，從而將該地埃及伊蚊的種群數量削減了80%。由於雄蚊並不叮咬動物及人類，釋放雄蚊幾乎不會造成任何生態問題。
在數千萬只蚊子中準確高效地篩選出其中的雄性個體已經非常困難，更絕的是對它們進行不育處理的過程中，該團隊竟然利用了一種神奇的細菌。讓雄蚊“斷子絕孫” 的細菌到底是何方神聖？ 這項研究到底是如何實施的？背後的奧秘一定會令你拍案叫絕。
蚊媒傳染病——人類的公共衛生浩劫
蚊子無疑是夏季最令人惱火的生物，除了夜間影響睡眠且造成叮咬處痛癢難耐之外，蚊子更是多種嚴重疾病的主要傳染源。據統計，伊蚊、瘧蚊、庫蚊這三種臭名昭著的蚊子與全世界17%的傳染病病例相關，由此可見，人類與蚊子確實有不共戴天的血海深仇。
正在吸食人血的埃及伊蚊，來源：Freepik.com
更加糟糕的是，由於城市化和全球變暖進程促使局地和全球平均溫度緩慢攀升，蚊子的活躍地區亦逐年擴大。今後，登革熱、寨卡病毒等長久以來侷限於熱帶、亞熱帶地區的蚊媒傳染病將可能向人口稠密的溫帶都市蔓延，它們的主要宿主——埃及伊蚊也被稱為是地球上最危險的蚊子。
寨卡病毒感染孕婦後引起的胎兒小頭畸形，來源：CDC, public domain
世界首次！大規模絕育雄蚊釋放實驗
來自昆士蘭州詹姆士庫克大學的研究團隊擔負了繁育大量埃及伊蚊和從中大批量篩選雄蚊的實驗任務。所需的培養工藝和篩選技術大部分來自谷歌旗下的生物工程公司Verily Life Sciences，該公司利用物聯網技術實時、動態的掌握蚊蟲繁育所需的各種溫溼度條件，再經由客製化的反饋算法決定最佳繁殖條件。高度數字化的蚊子“工廠”可以在一週內繁育出數百萬只蚊子，並且在實地釋放時也有類似的傳感器陣列感知某處蚊蟲數量，從而合理高效地決定各處的釋放份額。
詹姆士庫克大學繁殖出大量埃及伊蚊後，又利用Verily Life Sciences提供的技術準確、高效地篩選出多達2000萬隻雄蚊。之後，一種名為沃爾巴克氏體（Wolbachia）的細菌被用來感染雄性伊蚊並使之喪失生育能力。
2017年11月到2018年6月間，該團隊在昆士蘭州北部的因尼斯費爾（Innisfail）分批釋放絕育雄蚊，並檢測野外伊蚊種群的數量變化。根據他們的結果，Innisfail當地伊蚊種群的規模縮減了80%，實驗大獲成功。
加州的蚊子“工廠”
沃爾巴克氏體——神秘而殘忍的寄生細菌
沃爾巴克氏體（Wolbachia）是一種寄生在細胞內的細菌，雄性伊蚊一旦感染這種細菌便會喪失生育能力。此種細菌的宿主主要是節肢動物（包括昆蟲綱，蛛形綱，多足綱以及甲殼綱）和一些線蟲，不會感染包括人類在內的脊椎動物。
不過，雖然沃爾巴克氏細菌本菌跟人類是沒什麼直接接觸，但是作為它們宿主的一些害蟲，比如蚊子錐蝽之流，跟人類的關係可就大了。俗話說敵人的敵人是朋友，為了人類自身的利益我們當然不能放過任何打擊敵人的機會，哪怕盟友只是一隻小小的細菌。
沃爾巴克氏細菌，作者：Scott O'Neill
比起其它抓著細胞的外膜硬擠進去感染宿主的細菌，沃爾巴克氏細菌的傳播手段可以說是非常不堪一擊——它絕大多數時候只能通過蟲的繁殖過程進行母子之間的垂直傳播，而不能在個體之間進行橫向傳播。但是在蟲子繁殖的時候，與未被感染的健康個體比起來，被沃爾巴克氏細菌感染的個體佔有絕對優勢。所以一旦沃爾巴克氏細菌在某一地區感染新的物種，它就會迅速波及整個種群。為了達到廣泛傳播的目的，沃爾巴克氏細菌的繁殖策略可以概括成8個字：“優勢感染，重女輕男”。
由於沃爾巴克氏細菌生活在動物細胞質中，在動物產生生殖細胞的時候，擁有豐富細胞質的卵子就成為沃爾巴克氏細菌的天堂，而幾乎沒有細胞質的精子會在形成過程中把沃爾巴克氏細菌排除在外。如果任由被感染的雄性產生健康的精子，無異於放虎歸山。狡詐的沃爾巴克氏細菌為防止領地得而復失，會放出毒素汙染被感染雄性的精子。健康雌性的卵子會和這些“毒精子”產生細胞質不相容效應，無法正常受精發育；但同樣被感染的雌性產生的卵子卻自帶解毒劑，能夠發育成攜帶沃爾巴克氏細菌的後代。如此一來，健康雌性只能和健康雄性繁殖產下健康後代，被感染雌性卻可以和所有雄性繁殖產下被感染的後代。這就造成種群內被沃爾巴克氏細菌感染的個體比例迅速擴增。細胞質不相容是沃爾巴克氏細菌最常見的一種繁殖策略。
細胞質不相容策略
除此之外，沃爾巴克氏菌還能通過強制雌性化、孤雌生殖和雄性致死等方式對宿主昆蟲的生殖行為施加不利影響。
沃爾巴克氏細菌的花式殺蟲手段成功引起了科學家的關注，本次由CSIRO主持的研究正是利用了被沃爾巴克氏菌感染的雄性伊蚊在繁殖時會發生細胞質不相容的現象。大量被沃爾巴克氏細菌感染的雄性埃及伊蚊在與正常雌蚊交配後，無法產生後代，從而使伊蚊種群慘遭滅頂之災。
沃爾巴克氏菌——來自百年前基礎研究的滅蚊利器
在這輪大規模滅蚊實驗中，科學家們巧妙的利用了自然界中早已存在的數千萬年的自然設計，將人類智慧和現代科技融合於具體的應用場景。
沃爾巴克氏細菌如今能夠為人所用，離不開1924年沃爾巴克先生（S. Burt Wolbach）日復一日捉蟲子找細菌的單調時光。也許當年沃老先生只是沉迷於奇妙的自然設計，不想人類今日竟然得益於此。這樣的故事大概是“基礎研究有什麼用”這個問題的最好詮釋。
撰稿| 夏至 大阪大學免疫前沿研究所博士 科了個普作者
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