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以菌治蚊!阻断蚊媒病毒流行有新招

来源:中国科学报2024-04-19 10:07

  夏天即将到来,讨厌的蚊子蠢蠢欲动。别以为蚊子只是在身上咬个包那么简单,它飞来飞去四处吸血,轻易就把“上家”的病毒带到人体内,引发传染病。

  4月19日,清华大学基础医学院教授程功团队与合作者在《科学》发表论文,提出了一项阻断蚊虫传播传染病的新策略。他们在云南发现了一种关键的环境共生菌,通过干预这一共生菌的环境可以有效阻断疫区蚊虫携带和传播病毒。

  为何蚊虫易感病毒

  蚊媒病毒传染病是对人类生命健康的严重威胁之一。其中,登革热和寨卡热是最具代表性的蚊媒病毒传染病。

  登革热在全球100多个国家感染流行。在我国,云南是登革热等烈性蚊媒病毒传染病流行的主要地区。而寨卡热曾在太平洋岛屿和南美洲暴发大规模疫情,一年内感染超22.3万例,新生儿小头畸形病例达数千例。

  “截至目前,多数蚊媒病毒传染病没有有效的药物和疫苗。人们依靠大规模使用杀虫剂消杀蚊虫,不仅对人体健康、环境生态有害,而且无法控制蚊媒病毒的传播流行。因为蚊虫会迅速产生耐药性,使杀虫剂失效。”论文通讯作者程功对《中国科学报》说,人们迫切需要成本低廉、环境友好的防控策略来阻断蚊媒病毒的广泛传播。

  一直以来,程功团队都在关注蚊虫肠道微生物与蚊媒病毒之间的调控关系。蚊媒病毒的传播路径是,蚊虫首先从感染者体内吸食带有病毒的血液,病毒随后感染蚊虫肠道细胞并扩散至蚊虫体内,进而感染蚊虫唾液腺,使蚊虫具备传播病毒的能力。

  “由于蚊虫肠道组织是首先被感染的组织器官,因此蚊虫肠道微生物一定与病毒发生了复杂的相互作用,这决定了蚊虫对病毒的易感性。”程功表示,这已经成为学界共识。

  从蚊虫肠道共生菌入手,科研人员在实验室饲养的埃及伊蚊种群中发现了病毒“帮凶”——粘质沙雷氏菌。它可以辅助病毒感染蚊虫肠道上皮细胞,提高蚊虫对病毒的易感性。

  从野外数千只蚊子中锁定细菌

  在实验室中如此,自然界是否也存在影响蚊虫对病毒易感性的肠道共生菌?能不能通过调控共生菌阻断蚊虫携带、传播病毒?

  事实上,自然环境和实验室环境迥然不同。自然界中,野外蚊虫肠道微生物的组成及丰度受到生存环境的极大影响,有的来自孳生水体的环境微生物,有的来自环境植物汁液、花蜜的共生微生物等。在不同地域,环境微生物的组成差别巨大,使蚊虫携带和传播病毒能力的差别显著。

  因此,科研人员决定深入实地开展研究。

  自2020年起,3年间,科研人员在云南边境地区捕捉了数千只野外雌性伊蚊。“我们从中分离、培养出55株蚊虫肠道共生菌,与人的血液、病毒混合后喂给蚊子,想看看有没有能使蚊子不携带病毒的共生菌。”程功介绍。

  研究显示,在白纹伊蚊和埃及伊蚊的肠道中,定植一种罗森伯格菌属的细菌“罗森伯格_YN46”,可以显著抑制蚊虫通过叮咬吸血感染登革病毒及寨卡病毒。

  罗森伯格菌与植物汁液和花蜜有关,在自然界中广泛存在。它通过分泌一种葡萄糖脱氢酶,将吸血蚊虫肠道环境快速酸化,对蚊虫肠道微环境进行重塑。

  前期已有大量研究表明,登革病毒等蚊媒病毒的包膜蛋白对酸性信号敏感。当病毒处于pH值小于6.5的酸性环境时,其包膜蛋白会发生不可逆的变构,使病毒颗粒进入脱衣壳的状态并失去感染活性。

  “因此,酸化的肠道环境可直接使进入肠道的病毒颗粒灭活,从而抑制蚊虫通过吸血获取病毒的能力,大幅降低蚊虫对病毒的易感性。”程功介绍。

  在疫区进行环境干预

  为了验证实验结果,科研人员希望进一步研究云南登革热流行是否与罗森伯格_YN46菌在自然界中的分布定植相关。

  据了解,在气候环境相似、蚊虫种群密度相似的情况下,云南不同地区的登革热流行存在显著差异,热点区域明显。

  “根据近10年的流行病学调查记录,西双版纳和临沧两地常年有登革热暴发流行,而与之相邻的文山和普洱则几乎没有登革热本地流行的案例。”程功说。

  因此,他们深入这4个地区,采集了气候和环境因素相似地点的蚊虫,并检测了罗森伯格_YN46菌在野外蚊虫肠道中的定植情况。

  分析发现,罗森伯格_YN46菌在文山和普洱这两个非登革热流行地区的蚊虫肠道中有很高的定植率,而在西双版纳和临沧,其定植率很低。

  那么,能不能在两个疫区的水体中进行罗森伯格_YN46菌的环境干预,将其自然定植到孵化出的野生蚊虫中?

  “我们在实验室水体中加入罗森伯格_YN46菌,随后在此水体中孵化从西双版纳获得的野生白纹伊蚊蚊卵,再检测孵化出的幼虫、蛹和成虫肠道中这一共生菌的定植情况。”程功告诉记者。

  结果表明,通过环境水体干预的方式,可将罗森伯格_YN46菌高效定植到孵化蚊虫的肠道中。同时,在干预后的水体环境中孵化出的蚊虫不易感染病毒。

  后来,科研人员在西双版纳州勐腊县开展了现场干预实验。他们在当地的孳生水体中进行罗森伯格_YN46菌干预,并利用当地水土环境孵化本地蚊虫。结果发现,孵化出的蚊虫感染登革病毒的比例大幅下降。

  安全可靠的蚊虫防治策略

  在人们与蚊媒病毒传染病智斗的过程中,安全性是一个不可忽视的问题。此项研究中的罗森伯格_YN46菌是一种天然环境共生菌,它与蚊虫的共生关系在自然界早已稳定存在。

  因此,程功表示,实施罗森伯格_YN46菌环境干预策略,只是特异性地抑制蚊虫感染传播病毒,并不会使蚊虫产生耐药性,也不会影响蚊虫在自然界中的生存适应性,安全可靠。“这可以作为一种具有巨大应用潜力的防治策略,阻断蚊媒病毒传染病在自然界传播流行。”程功说。

  “该研究从环境生态学视角,思考并回答蚊媒病毒传染病的传播流行规律,并通过共生菌环境干预,在自然界中实现阻断蚊虫携带并传播病毒。这将为蚊媒传染病防控提供全新的理论体系和应用思路。”中国科学院院士、中国科学院动物研究所研究员康乐评价道。

  中国科学院院士、中国科学院微生物研究所研究员高福认为:“这项研究发现了一种可决定蚊媒病毒传播的环境生物因子,为基于‘One Health’理念的蚊媒病毒传染病防控搭建了全新的技术平台并奠定了理论基础。”(刘如楠)

  相关论文信息:

  https://doi.org/10.1126/science.adn9524

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