PLOS NTD︱陈晓光团队等发明媒介蚊虫监测新技术

撰文︱伍靖

责编︱王思珍，方以一

编辑︱方以一

蚊媒传染病是指由蚊虫作为传播媒介的一类传染病，给世界各地的人类健康与社会发展都带来了巨大的威胁和负担[1-3]。预防控制这类疾病的重要手段是控制其传播媒介也就是蚊虫的种群密度。在我国的城市地区，白纹伊蚊和致倦库蚊是优势蚊种；白纹伊蚊可以传播登革病毒和寨卡病毒[4]，而致倦库蚊则是流行性乙型脑炎、淋巴丝虫病等的传播媒介[5-8]。

蚊虫种群的密度监测对于预防控制媒介蚊虫具有重要意义。目前监测媒介成蚊种群密度的方法主要有灯诱法、人诱法和诱捕器法[9-11]。灯诱法对于主要在白天活动的白纹伊蚊的效果不理想[11,12]，而人诱法由于操作者可能会感染上蚊媒传染的病原体，这也使得人诱法的伦理问题一直以来备受关注。

BGS trap是一款诱捕媒介蚊虫的仪器，特别对白纹伊蚊具有较好的效果[13-16]。然而，这种方法依旧需要耗费大量的劳动力和时间进行蚊虫的收集和人工计数，并且无法实时反馈检测地点的蚊虫种群密度。因此，一种能够远程、实时监测蚊媒种群密度的新技术亟待研发。

2022年9月8日，南方医科大学热带医学研究所陈晓光教授团队等在国际学术期刊PLOS Neglected Tropical Diseases（PLoS NTD）上在线发表了题为“Development and evaluation of an efficient and real-time monitoring system for the vector mosquitoes, Aedes albopictus and Culex quinquefasciatus”的文章。该研究自主研发了一种基于互联网的媒介蚊虫监测装置—— MS-300监测仪，并在实验室、半现场和现场试验中评估了该监测仪对两种重要媒介蚊虫——白纹伊蚊和致倦库蚊的效果，结果显示：MS-300监测仪可以特异高效地诱引并捕获白纹伊蚊和致倦库蚊，并且可以远程、实时地监测蚊虫种群密度。

该监测仪主要由蚊虫诱引模块、蚊虫识别感应模块、数据采集和处理模块、蚊虫捕获和储蚊模块等组成（图1）。首先，蚊虫引诱剂（Mix-5，陈晓光团队的专利产品）作为MS-300监测仪的蚊虫诱引模块，已经在实验室，半现场及现场完成测试，证明可以特异性地诱引白纹伊蚊和致倦库蚊。其次，红外线检测窗和数据处理器作为MS-300监测仪的蚊虫识别感应和数据处理模块，根据目标蚊虫的大小和飞行速度设置红外线发射器的间隔和扫描时间，再经数据采集和处理模块判别是否为蚊虫并传输到云端系统中。最后，3叶电风扇和尼龙网捕虫袋作为MS-300监测仪的蚊虫捕获和储蚊模块。蚊虫在诱饵的吸引下靠近监测仪，在风扇的持续吸力作用下被吸入，通过检测窗时被自动判别、数据被无线传输至云端处理器，捕获的蚊虫被储存在捕虫袋中，后续可用于实验室鉴定和病原体检测。

图1 MS-300监测仪工作原理图

（图源：Lai Z et al., PLOS NTD, 2022）

完成对MS-300的设计和样机研制后，作者对该监测仪的效果进行了实验室、半现场和现场测试（图2 A）。首先是实验室测试：蚊帐（3×2×2m）正中央放置一台MS-300监测仪（图2 B），将100只羽化后5-7天的白纹伊蚊或致倦库蚊雌蚊分别投放入蚊帐中，24小时后清点监测仪捕虫袋中的蚊虫数目，同时与后台云端的蚊虫数据进行对比分析，并计算监测仪的效率和准确性，共进行6次重复实验。结果显示，MS-300捕获白纹伊蚊的效率（捕虫袋中蚊虫的数目/释放的蚊虫数目）为98.5%，准确性或一致性（捕虫袋中蚊虫的数目/云端记录的蚊虫数目）为99.3%；而MS-300捕获致倦库蚊的的效率为95.8%，准确性为98.6%（图2 B）。说明实验室条件下，MS-300监测仪可以高效地诱捕白纹伊蚊和致倦库蚊并可以将捕获的蚊虫数据实时传输到云端处理器。

图2 MS-300监测仪的效果测试

（图源：Lai Z et al., PLOS NTD, 2022）

半现场测试：在铁纱屋（4×3×2）中央放置两台MS-300监测仪，一台放蚊虫引诱剂Mix-5，另一台不放蚊虫引诱剂；将100只羽化后5-7天的白纹伊蚊或致倦库蚊雌蚊投放入铁纱屋中， 24小时后清点监测仪捕虫袋的蚊虫数目，同时与后台云端的蚊虫数据进行对比分析，并计算监测仪的效率和准确性，同样共进行6次重复实验（图2C左）。结果显示，带有Mix-5的MS-300捕获白纹伊蚊和致倦库蚊的效率分别为54.2%和51.3%，而不带有Mix-5的MS-300捕获白纹伊蚊和致倦库蚊的效率分别为4%和4.2%；说明前者的捕获效率显著高于后者，Mix-5对两种蚊虫具有良好的诱引效果。另外24小时后清点铁纱屋，发现释放的两种蚊虫在监测仪外都有大约40%的死亡率。 MS-300监测仪（带有Mix-5）识别白纹伊蚊和致倦库蚊的云端准确性分别为96.3% 和 95.1%，二者没有显著性差异，这也说明MS-300可以在铁纱屋环境下准确识别白纹伊蚊和致倦库蚊这两种媒介蚊虫，并能将数据实时传输到云端处理器（图2C中）。通过对一天24小时内每时段捕获蚊虫数目的实时数据分析，可以看出白纹伊蚊的日活动规律包括上午8-10点和下午5-7点两个高峰，而致倦库蚊则为夜间7-12点一个高峰（图2C右）。了解媒介蚊虫的活动规律可为其防制提供科学指引。

最后是现场试验的部分。为了与目前现有的蚊媒密度监测方法相比较，作者分别将一台MS-300监测仪和一台BGS trap相隔5米平行放置在不同生境下（居民区和花园）（图2D左）。两种仪器均使用Mix-5作为蚊虫引诱剂。每隔24小时清点一次两台仪器捕虫袋中的蚊虫和其他昆虫数目，同时与MS-300云端的数据进行对比分析，并计算MS-300监测仪的准确性或一致性（捕虫袋中两种媒介雌蚊的数目/云端记录的蚊虫数目）和特异性（捕虫袋中两种媒介雌蚊的数目/捕虫袋中其他昆虫的数目），本实验共进行连续监测98天（从2021年5月1日-2021年8月14日）。另外，每隔7天在不同生境中进行一次人诱法检测[17]。

在花园，MS-300监测仪和BGS trap分别捕获白纹伊蚊940和3605只，捕获致倦库蚊1774和6200只。在居民区，MS-300监测仪和BGS trap分别捕获白纹伊蚊178 和2049只，捕获致倦库蚊528 和4553只。从捕获的蚊虫数目来看，MS-300监测仪捕获的蚊虫数量显著低于BGS trap，其原因可能是MS-300的检测窗设计导致其有效捕虫面积和风力要显著小于BGS trap，前者不到后者的1/8。但是在花园，MS-300监测仪和BGS trap的平均特异性分别为88.9% 和86.9%；在居民区，MS-300监测仪和BGS trap的平均特异性分别为71.9% 和76.8%，彼此之间均没有统计学差异。说明在不同生境下，MS-300监测仪和BGS trap皆能反映相似的蚊媒种群密度。两种生境中MS-300监测仪的云端计数均表现出较高的准确性，分别为88.4%和90.2%。这表明在现场条件下，MS-300监测仪可以诱引并捕获白纹伊蚊和致倦库蚊，并可以将捕获的蚊虫数据实时准确地传输到云端处理器（图2D中）。连续四个半月的监测数据则表明：白纹伊蚊和致倦库蚊的种群密度随季节而消长，与温度的高低相关（图2D右）。

在与其他监测方法的比较上，MS-300监测仪与BGS trap和人诱法捕获到白纹伊蚊的数量皆为正相关关系，MS-300监测仪捕获到致倦库蚊的数量与BGS trap捕获的数量也呈正相关（图3）。说明MS-300监测仪与BGS trap和人诱法一样，能够灵敏、准确地反映不同生境下蚊媒的种群密度，是一种有效的监测工具。

图3 三种监测方法捕获蚊虫的效果比较

（图源：Lai Z et al., PLOS NTD, 2022）

文章结论与讨论，启发与展望

综上所述，本研究研发了一种基于互联网的媒介蚊虫监测装置——MS-300。实验室、半现场和现场的测试结果表明：MS-300可以对白纹伊蚊和致倦库蚊的种群密度进行实时高效监测，具有应用于媒介蚊虫及其传染病的预警预报和媒介蚊虫防制效果评估的前景。但值得注意的是，目前该监测仪尚不能进行不同媒介蚊虫的种类鉴别，在诱引和捕获效率上也需要进一步改进加强。

原文链接：https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0010701

该研究由国家重点研发项目（2020YFC1200100）支持。

通讯作者：陈晓光（左一），第一作者：赖泽钿（右上）、伍靖（右下）

（照片提供自：陈晓光团队）

通讯作者简介（上下滑动阅读） 

陈晓光，南方医科大学热带医学研究所所长、二级教授、博士生导师；“新世纪百千万人才工程”国家级人选、国务院特殊津贴专家、南粤优秀教师、广东省特聘教授珠江学者、广东省高校教学名师、广东省医学领军人才、广东省应急管理专家、广东省丁颖科技奖获得者；中国动物学会寄生虫学专业委员会副理事长、中国动物学会原生动物学分会副理事长、中华医学会热带病与寄生虫学分会常委兼虫媒病学组组长、中华预防医学会媒介生物学及控制分会常委、中国昆虫学会医学昆虫专委会和昆虫基因组学专委会理事、国家级精品课程和双语示范课程《医学寄生虫学》主持人、广东省有害生物防制协会会长、广东省新发传染病防治重点实验室主任等。

主要从事媒介蚊虫及其传染病的防治研究。主持研究国内外重要课题10余项，包括美国NIH R01课题2项、国家重点研发项目1项（首席科学家）、国家自然科学基金重点类项目4项等。以第一完成人获得广东省科技进步一等奖1项、二等奖2项、军队科技进步二等奖1项、中华医学会科技进步三等奖1项、南粤科技创新优秀论文一等奖1项；获发明专利授权7件、实用新型专利权5件；发表学术论文200多篇，其中SCI收录100多篇，包括Science, PNAS, Lancet Infectious Disease，Emerging Infectious Disease等。

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参考文献（上下滑动阅读） 

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本文完