微生物能帮助战胜寨卡病毒吗?

利用细菌控制蚊子种群可能降低感染风险

预防感染是每个人都首要追求的目标。幸运的是,通过保持基本的卫生习惯、社交距离以及使用屏障措施,这相对容易实现。但当病原体来自昆虫,而不是动物或其他人时,预防手段就可能成为挑战。

就寨卡病毒而言,主要的传播途径是蚊子。伊蚊属蚊子携带病毒,然后可以通过一次简单的叮咬感染任何人。这意味着预防措施需要超越常规方法。穿着长袖衣物和使用驱虫剂对个人有益,而喷洒杀虫剂是保护人群的常见做法。然而,它们可能不足以阻止这种病毒的传播,该病毒目前已被视为公共卫生紧急事件。

可能还有另一种更自然的替代方案。与其使用化学物质,不如向蚊子种群引入一种细菌,这有助于遏制蚊子数量。有一种特殊的属,称为沃尔巴克氏体,它有潜力通过降低蚊子的繁殖率来大幅减少蚊子数量。

为了解这种细菌以及它如何帮助对抗寨卡病毒(和其他蚊媒疾病),我联系了 Gordana Rasic 博士。她是澳大利亚墨尔本大学 Bio21 研究所害虫和环境适应研究小组的研究员。她认为,这种细菌可能是控制蚊子的最佳选择之一。

沃尔巴克氏体被推广为一种自然控制方法,因为这些细菌已经广泛存在于蚊子种群中,”她说。“它们会操纵宿主的生物学特性,我们可以利用这些作用以多种方式减少蚊子数量。”

据估计,这种细菌存在于地球上超过四分之三的昆虫物种中,是自然界中最成功和最丰富的细菌共生体之一。正如 Rasic 所解释的,由于其控制蚊子繁殖的特殊机制,该细菌也可以作为一种病原体。

沃尔巴克氏体会改变蚊子的精子,并阻止正常的胚胎发育,除非卵子中也含有相同的细菌。这种现象称为细胞质不兼容(CI)。如果你释放大量携带沃尔巴克氏体的雄性蚊子与不携带该感染的野生雌性蚊子交配,CI 将导致它们的后代死亡。重复的雄性释放间接导致大多数雌性绝育,并导致种群崩溃。”

细胞质不兼容现象自 20 世纪 60 年代以来一直为人所知。然而,当 20 世纪 70 年代尝试过类似的技术时,结果仅取得部分成功。但对 Rasic 而言,这种微生物感染的后果仅仅是控制蚊子的一种可能途径。

“另一种方法是使用沃尔巴克氏体菌株,它会在昆虫组织中不受控制地复制,最终杀死宿主。一种名为爆米花的菌株被从果蝇转移到了寨卡和登革热最有效的传播媒介——埃及伊蚊中。这样做的目的是缩短蚊子的寿命,并消灭传播病毒最多的成年雌蚊。‘爆米花’菌株的另一个有用特性是它使蚊子滞育卵对干旱非常敏感,这可以用于在干旱月份消灭当地种群。”

这种双管齐下的方法使得沃尔巴克氏体在控制蚊子种群方面非常有前景,尤其是在寨卡病毒等快速传播的流行病中。至于将该物种引入加勒比海和太平洋岛屿等地的过程,Rasic 设想了一个可以直接进行的简单方案,几乎可以立即启动。

“第一步是在整个蚊子种群中传播一种有害菌株,如‘爆米花’,持续整个雨季。这可以通过释放携带‘爆米花’感染的雄性和雌性蚊子来完成。感染的雄性与当地雌性交配,并通过 CI 间接使其绝育,而感染的雌性无论与谁交配都会将沃尔巴克氏体传递给后代。这创造了一种强大的驱动力,使沃尔巴克氏体能够侵入一个种群。”

“在接下来的旱季,成蚊死亡,但它们的卵滞留在干燥的容器、桶和其他繁殖容器中,等待下一次大雨。正常情况下,卵可以轻松度过数月的干旱,但‘爆米花’感染会削弱卵壳,导致卵在几周内死亡。”

尽管尚未大规模实施,但 Rasic 的同事已经进行了野外笼子实验来证明该方法是有效的。在去年的研究中,他们表明该技术可以在旱季明显的地区使种群崩溃,从而减少人类的麻烦。在像巴西这样全年降水显著的地区,通过仅释放雄性沃尔巴克氏体来使种群崩溃是更好的选择。

利用沃尔巴克氏体的天然致病能力似乎是控制的完美选择。然而,与任何生态引入一样,人们担心可能出现意外后果。对 Rasic 来说,这不是一个重要问题,主要原因是该细菌分布广泛,更重要的是,致病菌株不太可能扩散到目标区域之外。

“由于它们对宿主有不利影响,像‘爆米花’这样的沃尔巴克氏体菌株不能轻易侵入蚊子种群。你需要释放大量的蚊子大约三个月,在这段时间里,成蚊数量几乎翻倍。尽管这种增加只是暂时的,但对于生活在蚊子数量已经很多地区的人们来说,这可能太令人不适了。对于依赖于仅释放雄性的策略来说,这不是一个问题,因为雄性蚊子不咬人。”

引入的暂时性大大有助于减少除蚊子种群崩溃之外的生态变化的可能性。唯一的缺点是需要重复。然而,Rasic 认为这是在公共安全即时需求和长期生态可持续性之间取得的良好平衡。

“在你使当地蚊子种群崩溃后,新蚊子迁入该地区将决定需要多久重复一次该过程。尽管伊蚊在其生命周期内飞行距离不超过几百米,但它们可以通过飞机、船舶和其他运输方式传播数千公里。因此,在不隔离或没有严格检疫控制的地区,基于沃尔巴克氏体的根除活动将不得不更频繁地进行。”

沃尔巴克氏体的前景广阔,然而就当前的寨卡疫情而言,时间是关键。“已经有适合根除主要寨卡传播媒介的沃尔巴克氏体菌株,”Rasic 说。但正如她指出的那样,还有其他因素可能延迟其使用。“对于野外释放,我们需要当地监管部门的批准,以及组织和执行这些活动的资源和时间。”

尽管这可能意味着美洲的寨卡浪潮不会被沃尔巴克氏体阻止,但 Rasic 确实认为这项工作可能有助于防止该病毒成为大流行病。“当前的寨卡浪潮正在蔓延,但它可能在澳大利亚、印度尼西亚和越南的某些地区得到抑制,因为之前的沃尔巴克氏体释放使当地的埃及伊蚊对登革热病毒及其近亲(如寨卡病毒)产生了免疫力。”

 

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自青少年时期起,Jason Tetro就把实验室视为他的第二个家。他在微生物学和免疫学方面的经验使他涉足多个领域,包括血液传播、食品和水病原体;环境微生物学;消毒和防腐;以及SARS、禽流感和寨卡病毒等新兴病原体。他目前是圭尔夫大学的访问科学家。在公众中,Jason更广为人知的名字是“The Germ Guy”(细菌 guy),他经常在媒体上以其有时非传统的视角解读科学。Jason著有两本书:《The Germ Code》(2014年入围年度科学图书奖)和《The Germ Files》(曾连续几周登上全国畅销书榜)。他还合编了《The Human Microbiome Handbook》(人类微生物组手册),该书从学术角度探讨了微生物对人类健康的影响。他住在多伦多。

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