“嗡嗡嗡”，幾乎每個人都受到過蚊子的侵擾。除了蚊蟲叮咬引起的紅腫瘙癢，惱人的蚊子還可能傳播瘧疾、登革熱等多種疾病，每年在全世界造成超過70萬人死亡。
如何防控蚊蟲？近日，天津大學王澤方團隊破解了沃爾巴克氏菌導致蚊子“不孕不育”的分子機制，相關研究論文發表在國際學術期刊《美國科學院院刊》上。《天目Tech+》採訪了王澤方團隊成員、論文第一作者肖雲傑博士。
給蚊子“絕育”
沃爾巴克氏菌優勢多
近年來，生物防治逐漸成為控制蚊蟲的熱點。這是一種利用自然機制，用一種生物對付另一種有害生物的方法，對環境汙染小，能持續發揮控制作用。
肖雲傑介紹，目前生物防治蚊蟲的策略主要有三種。一是利用蚊子的天敵，如食蚊魚、肉食性弓形蟲，殺死幼蟲或成蟲。二是利用基因工程技術，生產失去繁殖能力的“轉基因蚊子”，讓它們與自然界中的蚊子交配，達到減少甚至消滅蚊子群體的目的。三是利用蚊子的病原微生物將其消滅，這其中就包括利用沃爾巴克氏菌。
相較於其他生物防治策略，沃爾巴克氏菌具有非常大的優勢。“沃爾巴克氏菌廣泛存在於自然界中，約40%的陸生節肢動物都會被這種細菌感染。”肖雲傑說，這意味著利用沃爾巴克氏菌給蚊子“絕育”，幾乎不影響自然環境及生態鏈。
此外，蚊蟲感染沃爾巴克氏菌會導致其產生孤雌生殖、胞質不相容性等現象，而最常見的胞質不相容效能賦予雌蚊生殖優勢。
“透過生殖，雌蚊感染沃爾巴克氏菌後，它的後代也會攜帶沃爾巴克氏菌，從而使這種感染在蚊子種群中快速擴散。” 肖雲傑解釋道。
與此同時，沃爾巴克氏菌還能對多種人類病原體產生抗性，如登革熱病毒、黃病毒和瘧原蟲等，可有效防控蚊媒傳染病。
CI現象圖解
破解分子機制
揭開CI現象未解之謎
20世紀中期，科學家發現一種奇怪的現象，對某些昆蟲來說，一個地區的雄性與另一個地區的雌性無法產生後代，來自同一地區的則可以正常繁殖。
“異地戀”究竟做錯了什麼？
20世紀70年代初，科學家進一步發現，這種現象是昆蟲被沃爾巴克氏菌感染，產生胞質不相容性（Cytoplasmic Incompatibility, 簡稱CI）所致。
CI現象是感染沃爾巴克氏菌的雄性昆蟲與未感染的雌性交配產生的受精卵，全部不能孵化。而受感染的雌性跟感染同種沃爾巴克氏菌或未感染的雄蚊交配，都會產生受感染的子代。
直到2017年，隨著基因測序技術的進步，胞質不相容性因子（Cif）的真面目才被發現。
不過，“Cif是如何工作的”一直是個未解之謎，學界也存在很大的爭論。科學家提出了多種不同的模型，主要為“宿主修飾模型”和“毒素—抗毒素模型”。
透過對Cif蛋白晶體的結構解析、功能研究，王澤方團隊最終確定了Cif的工作模型為毒素—抗毒素模型。
Cif由CifA、CifB兩個蛋白組成，“這種模型認為，被感染的雄蚊表達CifB，好比給受精卵上了一把‘鎖’，從而產生胞質不相容性，後代死亡；同樣被感染的雌蚊表達CifA，可與雄蚊的CifB直接相互作用，好比‘鑰匙’開啟了對應的‘鎖’，從而解除胞質不相容性，後代能夠正常生存。”肖雲傑解釋道。
天津大學王澤方團隊
從粗放到可控
精準助力蚊蟲防控
1967年，沃爾巴克氏菌首次作為種群控制策略，控制傳播絲蟲病的致倦庫蚊種群，並取得初步成功。而後，多個研究小組證明，沃爾巴克氏菌不僅能有效給蚊子“絕育”，還能形成抗登革病毒作用。
今年在印度尼西亞日惹市的社群中釋放沃爾巴克氏菌感染的蚊子，使得該區域登革熱的發病率降低77%。
採用沃爾巴克氏菌控制蚊蟲歷史悠久，那麼，解析其工作原理究竟有何意義？
肖雲傑介紹，目前，這種技術主要是透過胚胎顯微注射技術，將沃爾巴克氏菌注入蚊子體內。
由於從胚胎上難以分辨蚊子的雌雄，為了防止種群控制失效，目前研究人員將感染沃爾巴克氏菌的雄蚊和受輻射處理後絕育的雌蚊一起釋放到野外，以達到在野外控制蚊子種群數量的目的。不過，這種方法具有很大的技術難度，整個過程也許需較長的時間。
瞭解分子機制後，科學家們就能利用基因工程手段，精準控制胞質不相容性因子在蚊蟲體內的表達，更好地利用沃爾巴克氏菌防控蚊媒疾病和農業蟲害。
“讓胞質不相容性變得可控，比單純利用沃爾巴克氏菌感染更具優勢。”肖雲傑說。
