第一個“種子”

　　2011年前后，團隊通過對上千只蚊子胚胎的注射，從中篩選了一只與沃爾巴克氏體達成穩(wěn)定共生的胚胎，最后長成一只雌蚊。這是最開始的“種子”。

　　7月21日上午，工作人員梁永康和侯汲虹正在顯微鏡下進行蚊子的胚胎注射。顯微鏡玻片上，有一串串密密麻麻的小黑點，這是蚊子的卵。看起來只小小一撮，但有50只卵，一個個排列得整整齊齊，顯微鏡下看似米粒。一根長尖的“注射針管”對準卵的特殊部位，打入沃爾巴克氏體，“一次注射一個胚胎。”

　　胚胎注射，是整個項目得以順利開展的源頭——建立蟲株，也是兩大核心關(guān)鍵技術(shù)之一。

　　通過注射，攜帶沃爾巴克氏體共生菌的雌蚊一旦建立穩(wěn)定的共生，將永遠持續(xù)攜帶。“只要它生產(chǎn)下一代，就會傳給下一代，子子代代都會攜帶沃爾巴克氏體。”

　　奚志勇是第一個成功地把沃爾巴克氏體轉(zhuǎn)到登革病毒和瘧疾控制的蚊子中并建立穩(wěn)定共生的科學家。每次提到這點，奚志勇都會鄭重地厘清：“建立共生，并非簡單地讓細菌感染另一個生物體。它需要的是兩個生物形成穩(wěn)定的共生關(guān)系，技術(shù)上講是把共生菌組裝到蚊子體內(nèi)去，科學上講還需要保證兩個生物體能互相適應(yīng)，不排斥對方。”2001年奚志勇在美國啟動這一技術(shù)的攻關(guān)。

　　他打了個比方，想象在一個生雞蛋內(nèi)，不同的位置含有決定未來發(fā)育方向的不同成分，其中某個位置的成分將發(fā)育成生殖系統(tǒng)。奚志勇團隊要在蚊子胚胎發(fā)育非常早期的階段，在特殊時間點精準地把沃爾巴克氏體注射到未來發(fā)育成生殖器的特殊部位，“這是最重要的細節(jié)”。等生殖細胞進一步生長，就把共生菌包含在里面一起發(fā)育，“形成共生共存關(guān)系”。

　　前兩年進展遲滯。“雖然注射的蚊子第一代帶共生菌，但無法傳到第二代，全部結(jié)果都是陰性，試驗失敗。”奚志勇開始轉(zhuǎn)向果蠅，先把果蠅胚胎的胞漿移植摸得滾瓜爛熟，再回到蚊子身上，“第三年全摸透了，最終獲得成功。”

　　前期摸索時期，是一個數(shù)量巨大的注射過程，“注射了上百萬個卵。”2004年，奚志勇建立胚胎注射技術(shù)，研究成果發(fā)表在2005年第301期《科學》上。“這是我平生發(fā)表得最容易的一篇文章。”奚志勇有些激動地告訴記者，這篇文章從提交到刊發(fā)只花了不到兩個月。像《科學》這樣高級別的雜志評審較嚴，來回修改常需半年或更長時間。

　　2009年，科學界發(fā)現(xiàn)天然沃爾巴克氏體本身就能形成抗登革病毒作用這一重要成果后，奚志勇團隊拿到國家批復，通過生物安全檢測，沃爾巴克氏體技術(shù)正式應(yīng)用加速。

　　2011年前后，團隊通過對上千只蚊子胚胎的注射，篩選出一只與沃爾巴克氏體達成穩(wěn)定共生的胚胎，最后長成一只雌蚊。這是最開始的“種子”，“現(xiàn)在用來釋放的蚊子，就來自這只雌蚊。”

　　隨著胚胎注射技術(shù)日臻成熟，如今注射一般不超過500只，便可成功篩選出一個蟲株。國際上各個課題組都要求前來學習，“在全世界，胚胎注射仍是我們最大的強項”。

　　在蚊子工廠“保種”室內(nèi)，奚志勇拿起一只“保種”籠解釋，保種的量一般保持在30籠，每籠有雌蚊3000只雄蚊1000只。在密封的網(wǎng)狀籠上方，放著一張涂了羊血的薄鐵板，這是雌蚊的食物。雌蚊每次產(chǎn)卵的前提是吸一次血，理想條件下，一只雌蚊吸一次血可產(chǎn)80-100個卵，在實驗室里一般吸血約3次，也就是說，一只雌蚊可產(chǎn)200-300個卵。目前在實際生產(chǎn)中，一籠可產(chǎn)大概5萬只卵。

分辨雌與雄

　　按照雌雄蚊子頭胸尺度的不同，王曉華自制了雌雄分離器。“1個人按每天5小時計算，可以分離7萬-8萬只蚊子，準確率達到99.8%”。但這個效率仍然不夠，“未來當控制范圍不斷擴大，釋放量要上百上千萬，就需要更高效的分離方法”。

　　蚊子生產(chǎn)負責人王曉華及同事將這些卵，放在塑料水盤中。實驗室里保持27℃的溫度、70%左右的濕度，光線則保持與野外一樣的日夜黑白循環(huán)，這個環(huán)境最適合蚊子生長。

　　1到2小時后，它們長成一齡幼蟲。“1克卵約有15萬個幼蟲”。在最大的一個“生產(chǎn)車間”，塑料盤層層疊疊擺了幾十架，每架20盤。每個塑料水盤里，1萬多只幼蟲像小蝌蚪一般游來游去。待幼蟲生長一周，王曉華便要對它們進行雌雄分離。

　　目前的釋放實驗階段，奚志勇團隊僅釋放攜帶沃爾巴克氏體的雄蚊，如何準確進行雌雄分離，成為另一核心難題。

　　奚志勇團隊采用的是物理分離法。“雄蚊的頭胸寬在1.05毫米-1.2毫米，雌蚊大概在1.3毫米-1.4毫米。”按照雌雄蚊子頭胸尺度的不同，王曉華自制了一個雌雄分離器。

　　混雜雌雄蚊子的幼蟲隨著水流，在玻璃面上被“過濾”，尺寸大的留在上方，越往下尺寸越小。“1個人按每天5小時計算，可以分離7萬-8萬只蚊子，準確率達到99.8%”。

　　但這個效率仍然不夠。奚志勇直言，“未來當控制范圍不斷擴大，釋放量要上百上千萬，就需要更高效的分離方法，比如建立遺傳株”。

　　在全世界，各種雌雄分離的技術(shù)正在嘗試和創(chuàng)新。在南美洲已成功運行的地中海果蠅雌雄分離，采用建立遺傳突變株的方法，通過在蛹的某個階段，利用雌雄對溫度敏感的不同，用34℃處理過夜后殺死所有雌性，孵化出來的都是雄蚊。“用遺傳株的方法，釋放量可達到1周10億只。”奚志勇說。

　　登革熱的重災(zāi)區(qū)在東南亞、南美等地。在國內(nèi)，廣東是登革熱最典型的高發(fā)區(qū)。2014年，廣東全省共報告登革熱病例45189例，死亡6例，其中廣州報告37357例，占廣東總病例超八成。

　　這次蚊子生產(chǎn)“車間”的搬遷，也出于生產(chǎn)規(guī)模擴大的需要。最早，奚志勇團隊的蚊子生產(chǎn)能力一周為1000-2000只，經(jīng)過一年努力，生產(chǎn)規(guī)模上升到10萬只，“這是產(chǎn)能的第一次突破”。如今產(chǎn)能從10萬上升到100萬只，又是一次新突破。

　　“上升到一定量后，從卵的孵化、發(fā)育時間、雌雄分離，每個步驟都要細化，生產(chǎn)線也要標準化。”2014年，團隊正式啟動大規(guī)模培養(yǎng)生產(chǎn)階段。“以前不是問題的細節(jié)，現(xiàn)在都成為影響產(chǎn)量的關(guān)鍵，這也是產(chǎn)業(yè)化與實驗室研究最大的不同。”

監(jiān)測與推廣

　　沃爾巴克氏體技術(shù)應(yīng)用的另一個方法是釋放雌蚊進行種群替換。釋放雌蚊對野外蚊子的沖擊更加直接高效，但雌蚊叮人，釋放需要控制好數(shù)量，使其足夠引起種群替換但不會顯著增加對人的騷擾。

　　3平方公里的沙仔島上，放置了很多誘卵器、成蚊“誘捕器”，它們是奚志勇團隊用來監(jiān)測釋放控制效果的“武器”。蚊子吸過血后，會尋找濕潤的地方產(chǎn)卵，通過誘卵器采集蟲卵，可以估算出當?shù)氐奈米訑?shù)量。

　　目前控制效果如何？奚志勇表示，當前數(shù)據(jù)顯示，不釋放“絕育蚊子”的地方，野外蚊子孵化率達90%；而在控制的釋放區(qū)，有的孵化率為0。“持續(xù)保持壓制一段時間后，我們希望這塊地方（野生蚊子）將會被全部清除掉。”奚志勇團隊在等待壓制效果擴散到整個島。

　　而成蚊誘捕器則被放在有雜物或植物叢生處，內(nèi)置一個黑色小風扇，里面放了模擬人體汗味的誘蚊片。蚊蟲喜歡黑色，循著氣味而來，“狡猾”的人類用風扇將蚊子吸入袋中。每隔24小時，韋迎陽和同事會來加袋、收袋。“每個點不一樣，多的地方能捕到100多只，少的十幾只”。

　　這些被俘獲的蚊子，被送往實驗室檢測診斷。該部分工作由楊翠帶領(lǐng)質(zhì)量控制組完成，“類似醫(yī)院的檢驗科”。實驗室里有專門針對沃爾巴克氏體的分子診斷環(huán)節(jié)，“有（沃爾巴克氏體）的話，就有一條條閃亮的帶子，沒有的話就是空白。”由此，奚志勇團隊可以清楚地檢查出這些蚊子有沒有攜帶沃爾巴克氏體，以及攜帶沃爾巴克氏體的蚊子有多少，“這樣就能知道外面的比例控制得怎樣”。

　　釋放的絕育雄蚊和野外雌蚊交配后，將不會產(chǎn)卵，沒有下一代，維持一定時間優(yōu)勢比例后，野外蚊子種群就會下降，達到種群壓制效果，“不停地維持壓制效果，以至最后根除整個傳病種群。”

　　奚志勇介紹，“我們項目第一期是控制蚊媒數(shù)量，叮人傳病的雌蚊減少，釋放的雄蚊不叮人，所以老百姓也支持。”但要持續(xù)保證效果，還得建立屏障，防止外部的野外蚊子飛進來，也要持續(xù)釋放雄蚊。目前沙仔島局部地區(qū)的壓制效果已經(jīng)超過90%。

　　除了釋放絕育雄蚊，減少野外蚊子種群外，沃爾巴克氏體技術(shù)應(yīng)用的另一個方法是釋放雌蚊進行種群替換。

　　“種群替換相對比較簡單，就像種雜交水稻一樣，我們是種蚊子，但需要進一步的社區(qū)宣傳和教育”，負責社區(qū)教育的鄭小英直言。釋放雌蚊對野外蚊子的沖擊更加直接高效，但雌蚊叮人，釋放需要控制好數(shù)量，使其足夠引起種群替換但不會顯著增加對人的騷擾。奚志勇表示：“種群壓制效果達90%以上，如果獲得足夠的社區(qū)支持，就開始啟動種群替換。”

　　奚志勇團隊已同登革熱高發(fā)的墨西哥和巴基斯坦合作，進行種群壓制和種群替換。同時，與印度的瘧疾控制試驗也在籌劃。

　　負責報批工作的錢偉介紹，按照國家有關(guān)規(guī)定，沃爾巴克氏體技術(shù)應(yīng)用成熟的鑒定，需要兩個現(xiàn)場實驗點成功后方可通過。兩年前，錢偉為團隊在農(nóng)業(yè)部獲得沃巴克次體作為微生物農(nóng)藥的第一個田間試驗許可。

TA們是誰

奚志勇教授團隊

　　團隊成員由中山大學、美國密歇根州立大學、美國肯塔基大學、國際原子能機構(gòu)、中國疾病預防控制中心、廣州市疾病預防控制中心、廣州大學、華南農(nóng)業(yè)大學和南京農(nóng)業(yè)大學等聯(lián)合組成，致力開發(fā)和應(yīng)用共生菌沃爾巴克氏體控制登革和瘧疾的傳播，并開拓沃爾巴克氏體在重大農(nóng)業(yè)害蟲上的應(yīng)用。

最新成果

　　國際上首次建立沃爾巴克氏體與登革蚊媒的共生，成果發(fā)表在《科學》上；

　　國際上首次發(fā)現(xiàn)沃爾巴克氏體的抗登革病毒作用并揭示其抗病毒機制，成果發(fā)表在PNAS（《美國科學院院報》）和Plos Pathogens上；

　　獲得農(nóng)業(yè)部頒發(fā)的中國首個沃爾巴克氏體作為微生物農(nóng)藥的田間試驗許可證，并在中國首次開展以蚊治蚊項目；

　　國際上首次建立沃爾巴克氏體與瘧疾蚊媒的共生，成果發(fā)表在《Science》上；

　　自主開發(fā)設(shè)計雌雄分離儀、沃爾巴克氏體的分子診斷分型試劑盒；

　　與國際原子能機構(gòu)展開全面合作，建立沃爾巴克氏體和射線技術(shù)的有機結(jié)合，并設(shè)計生產(chǎn)用于昆蟲射線照射的專用射線儀；

　　與墨西哥政府達成應(yīng)用沃爾巴克氏體控制登革的合作意向；

　　在廣州建立目前世界上最大的蚊子生產(chǎn)基地。