王关红：巧用微生物防控蚊媒疾病

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各位老师，大家好，我是王关红，来自中国科学院动物研究所农业虫害鼠害综合治理研究国家重点实验室。

今天我给大家分享的是关于“媒介昆虫防控新技术探讨”。

本演讲的幻灯片 .pdf 版将在热心肠菌群微信群分享，感兴趣的读者请按以下方法申请入群：

夏天来了，蚊子的话，我想每个人都不陌生，可能你都会直接或者间接地接触蚊子。由这个图可以看出来，像熟知的鲨鱼、狮子，我们往往认为是非常危险的动物，会造成人的死亡，每年大概几十到上千例不等；但是，每年因蚊子传播疾病造成的死亡超过70万人。

这样算下来，每分钟都会有人因为蚊子而死亡，尤其是婴幼儿。所以，目前蚊子成为世界上最可怕，也最危险的动物。

其实防控蚊子的方法有很多，比如常用的化学药剂，以及大家熟知的蚊帐等。既然蚊子能传播很多疾病，我们能否也像新冠一样开发疫苗子进行防控呢？答案是可以的，但是现在依然缺少非常有效的疫苗。

目前来说，亟需新的有效方法对蚊子进行防控。

蚊子属于害虫，害虫防控大致会采取两大策略。

第一，种群抑制。我们可以想象，如果自然界没有蚊子的话，它自然就不会对我们人造成很多的伤害。

第二，种群修饰。我们可以让自然界存在蚊子，但如果这些蚊子失去了传播病原菌、登革热、疟疾的能力，我们自然也就把种群控制住了。

蚊子感染特定细菌会发生什么？

今天我为什么会用这个话题做《肠·道》演讲呢？现在就切入正题，谈谈蚊子防控领域的新技术，其中比较前沿的技术正是运用了微生物的思路进行害虫防控。

从图中可以看出Wolbachia（沃尔巴克氏菌）感染一些昆虫的情况，红色代表感染Wolbachia的昆虫，灰色代表没有感染Wolbachia的昆虫。

第一种情况，感染和非感染的昆虫交配后，本来后代应该有雌有雄的，但你会发现本来雄性的后代会转变为雌性。感染Wolbachia可以使后代蚊子变性，把雄性变为雌性，叫做“雌性化”。

第二种情况，我认为也是非常疯狂的。一些昆虫感染Wolbachia后，不用交配就可以令雌性直接产生雌性，这就是“雌产雌”模式。像人类需要交配才可以产生后代，但昆虫感染Wolbachia后，不用交配就可以直接雌性产生雌性后代，叫做“孤雌产雌”。

第三种情况，我认为也非常有意思。它是一些昆虫感染Wolbachia后，本来后代是有雄性的，但是你会发现后代中的雄性都死了。这意味着感染Wolbachia可选择性地将雄性后代杀死，叫做“雄性致死”。

第四种情况，是今天跟蚊子防控相关的方法，就是“生殖不育”。图中可以看出，一雌一雄交配后，正常后代中雌雄都有。如果雌性不感染Wolbachia，而让雄性感染Wolbachia，再去交配的话，要么不产生后代，要么产生的后代不能发育到成虫。因此，通过昆虫感染细菌可以造成生殖不育，用这种方法就可以防控蚊子。

具体怎么来做，这里展示了一个非常简单的模式图。比如，黑色代表野生型蚊子，雌雄交尾之后可以进行传代，这是大家都非常熟知的。

如果我们给绿色蚊子人为感染Wolbachia，那么和自然界种的雌性黑色蚊子一旦交配，就没有后代了。

我们还有另外一种策略，Wolbachia是1个细菌属名，我们让雌雄蚊子感染不同的Wolbachia株系，也可以造成生殖不育。

从理论上来说，利用Wolbachia对蚊子进行防控是完全可行的，现实中到底行不行呢？我们在野外也验证了这种技术确实可行。

蚊子工厂实现工业化生产

广州有世界上最大的蚊子生产工厂，这种在饭盒里密密麻麻的黑点就是蚊子的卵。“杂家水稻之父”袁隆平参观工厂之后，题词到：“虫媒生物控制，领先全球，造福全人类！”这是袁老对这个技术的高度赞扬河支持，事实上这个工厂也已经产生了非常大的社会效益。

为什么要建这个世界上最大的蚊子生产工厂？因为我们需要持续不断地释放蚊子，这是个相当耗时耗力的工作。

虽然大家都不太喜欢蚊子，但是蚊子产业化在全球确实是一个非常高端的技术。

比如2020年Nature Biotechnology发的一篇论文，是美国谷歌资助的团队，研发了全球第一台自动化蚊虫生产装置，从蚊子的卵开始，幼虫、蛹、成虫都可以全自动化生产。

在防控蚊子的时候，需要释放一些雌雄蚊子。因为雌雄蚊子的最大区别就像人一样，雄性有胡须，雌性是没有胡须的。它还用人工智能语言，然后拍一些照片，通过这种技术可以对蚊子进行雌雄区分。

刚才讲的是利用Wolbachia造成生殖不育的方法防控蚊子，我们可以看出，在中国、美国、澳大利亚等很多国家，已经进行野外实施。

除造成生殖不育外，Wolbachia还有很多其他有意思的现象。比如蚊子可以传播登革热、寨卡病毒以及疟原虫等很多病原菌，Wolbachia感染蚊子后正好可以抑制这些病原菌传播。

图中右侧是感染Wolbachia的蚊子，左侧是没有感染Wolbachia的蚊子。它们都吸食携带寨卡病毒的血液，你会发现，只有10%感染了Wolbachia的蚊子的肠道内存在寨卡病毒，而没有一只蚊子的唾液腺受到寨卡病毒的感染。

无论你皮肤上有病原菌，还是肠道里有病原菌，其实对人体都不会造成太大伤害。蚊子在叮咬人的时候，最关键的是它的唾液腺里有没有病原菌。如果唾液腺有病原菌，它在咬人时会把唾液注射到我们的皮肤里，就会造成病原菌传播。

可以看出，Wolbachia感染后，蚊子的唾液腺基本上没有被病原菌感染。所以我们利用这个方法，可以抑制寨卡病毒、登革热病毒等病原菌，实现蚊子防控。

另外一个病原菌，是我们大家非常熟知的登革热病毒。图中红色就是登革热病毒，蚊子感染后，登革热病毒会在蚊子体内复制繁殖。本来登革热蚊子是登革热的一个载体，但Wolbachia感染蚊子后，登革热病毒就无法在蚊子体内复制繁殖，自然就不再传播登革热病毒了。因此，用这种方法可以有效防控登革热。

目前在国外，用细菌防控蚊子，对大家来说也还是比较新兴的技术。

真菌干预防控蚊虫

研究肠道的人都清楚，微生物除了细菌之外，还有真菌。其实利用真菌，我们也可以对蚊子进行有效防控。

这是2001年在Science发表的一篇文章，谈到蚊子感染真菌Metarhizium后会被杀死。

病毒干预防控蚊虫

除细菌、真菌外，还有一大类微生物就是病毒，其实也可以用于蚊子防控工作。

讲一个概念，就是“重复感染排除”，简单理解就是生态位竞争。部分病毒感染一些宿主，比如蚊子的细胞，其他病毒就没法再感染了。

比如我们找出来这个病毒，令它感染蚊子细胞，蚊子本来会传播登革热病毒、寨卡病毒等很多病毒，但是它感染蚊子细胞后会把其他病毒排除掉，就没法再感染其他病毒了。

我举个基于这种方法的例子，比如蚊子感染登革热病毒、寨卡病毒后会在体内很快复制，并在人群中造成传播。大家可以想象，一旦人为地让蚊子感染我们研发的一个对人没有太大伤害的病毒，它就可以把其他病毒抑制掉，让其他病毒根本没法复制和传播。

所以说，这也是个非常好的方法，利用病毒对媒介昆虫进行防控。

基因编辑技术防控蚊虫

事实上，我们可以用自然的微生物，还可以用基因编辑的微生物，包括细菌、病毒、真菌的方法，达到防控蚊虫的目的。要么把蚊子绝育，要么让蚊子失去传播病原菌的能力。

除微生物外，蚊虫防控还用到了基因编辑。我举一个非常有意思的例子，也是我本人参与的一项课题。

叮咬人类的通常是雌性蚊子，而雄性蚊子除交配外，对人的身体没有太多的伤害。图中左侧是野生型雌性和雄性蚊子，图中右侧是突变体的雌性和雄性蚊子，右上角是突变体的雌性蚊子，右下角是突变体的雄性蚊子。

你会发现什么？右上角的雌性蚊子在整个观察过程中都没法飞行，它们只能在地上爬行。右下角的雄性蚊子可以飞行，但是雌性蚊子已经失去了飞行能力。

因为主要是雌性蚊子咬人，也是雌性蚊子传播疾病。可以想象，如果我们让自然界的雌性蚊子变得像地上的蚂蚁、土里的蚯蚓一样，只能在地上爬行，我们是否就把蚊子的种群控制住了。

这就是一个利用基因编辑防控蚊子的新兴方法。

基因驱动技术防控蚊虫

除基因编辑外，另一个方法也非常重要，就是“基因驱动”。顾名思义，它打破了孟德尔遗传定律。比如图中左侧遵循简单的孟德尔遗传定律，一个突变体和野生型蚊子交配，后代又有野生型又有突变体；右侧则是利用基因驱动技术，一个突变体蚊子和野生型蚊子交配后，后代都变为突变体蚊子，这就打破了孟德尔遗传定律。

我们如何利用这项种技术做蚊子防控呢？

我们知道雌性蚊子是没有胡须的，想象一下雌性蚊子咬人时，有胡须必然会影响吸血过程。右下角的图是有关产卵量，你会发现因为吸血受影响，雌性蚊子的产卵量会逐渐降低。

如果通过基因编辑让雌性蚊子长点胡须，这是非常容易实现的，我们再用基因驱动技术扩增有胡须的雌性蚊子，并且使突变体的频率在种群逐渐上升。从而，后代中越来越多的雌性蚊子就会长胡须，造成吸血越来越难，产卵越来越少。通过这种技术，我们就可以很有效地防控蚊子。

今天，简单地给大家分享我们用新兴的技术、用微生物的思路、用基因编辑的方法，以实现有效蚊虫防控。

今天的分享就到此结束。

谢谢大家！