工作人员筛选雄蚊幼体。奚志勇团队是用物理分离法,根据蚊子雌雄幼体大小的明显差异,雄蚊的头胸宽在1.05MM~1.2MM之间,雌蚊的约在1.3~1.4MM,使用水流在玻璃通道内过滤。
面积约3000平米的蚊子工厂,最高生产力可达每周上千万只蚊子。目前,团队已完成纯化桔小实蝇的雌雄分离株。“白色的是雌的,褐色的是雄的,根据颜色差别通过机器可有效进行雌雄分离。”但蚊子的沃尔巴克氏体菌株放进桔小实蝇体内还未能建立共生,研究仍在继续。
D分辨雌与雄
按照雌雄蚊子头胸尺度的不同,王晓华自制了雌雄分离器。“1个人按每天5小时计算,可以分离7万-8万只蚊子,准确率达到99.8%”。但这个效率仍然不够,“未来当控制范围不断扩大,释放量要上百上千万,就需要更高效的分离方法”。
蚊子生产负责人王晓华及同事将这些卵,放在塑料水盘中。实验室里保持27℃的温度、70%左右的湿度,光线则保持与野外一样的日夜黑白循环,这个环境最适合蚊子生长。
1到2小时后,它们长成一龄幼虫。“1克卵约有15万个幼虫”。在最大的一个“生产车间”,塑料盘层层叠叠摆了几十架,每架20盘。每个塑料水盘里,1万多只幼虫像小蝌蚪一般游来游去。待幼虫生长一周,王晓华便要对它们进行雌雄分离。
目前的释放实验阶段,奚志勇团队仅释放携带沃尔巴克氏体的雄蚊,如何准确进行雌雄分离,成为另一核心难题。
奚志勇团队采用的是物理分离法。“雄蚊的头胸宽在1.05毫米-1.2毫米,雌蚊大概在1.3毫米-1.4毫米。”按照雌雄蚊子头胸尺度的不同,王晓华自制了一个雌雄分离器。
混杂雌雄蚊子的幼虫随着水流,在玻璃面上被“过滤”,尺寸大的留在上方,越往下尺寸越小。“1个人按每天5小时计算,可以分离7万-8万只蚊子,准确率达到99.8%”。
但这个效率仍然不够。奚志勇直言,“未来当控制范围不断扩大,释放量要上百上千万,就需要更高效的分离方法,比如建立遗传株”。
在 全世界,各种雌雄分离的技术正在尝试和创新。在南美洲已成功运行的地中海果蝇雌雄分离,采用建立遗传突变株的方法,通过在蛹的某个阶段,利用雌雄对温度敏 感的不同,用34℃处理过夜后杀死所有雌性,孵化出来的都是雄蚊。“用遗传株的方法,释放量可达到1周10亿只。”奚志勇说。
登革热的重灾区在东南亚、南美等地。在国内,广东是登革热最典型的高发区。2014年,广东全省共报告登革热病例45189例,死亡6例,其中广州报告37357例,占广东总病例超八成。
这次蚊子生产“车间”的搬迁,也出于生产规模扩大的需要。最早,奚志勇团队的蚊子生产能力一周为1000-2000只,经过一年努力,生产规模上升到10万只,“这是产能的第一次突破”。如今产能从10万上升到100万只,又是一次新突破。
“上升到一定量后,从卵的孵化、发育时间、雌雄分离,每个步骤都要细化,生产线也要标准化。”2014年,团队正式启动大规模培养生产阶段。“以前不是问题的细节,现在都成为影响产量的关键,这也是产业化与实验室研究最大的不同。”
E监测与推广
沃尔巴克氏体技术应用的另一个方法是释放雌蚊进行种群替换。释放雌蚊对野外蚊子的冲击更加直接高效,但雌蚊叮人,释放需要控制好数量,使其足够引起种群替换但不会显著增加对人的骚扰。
3平方公里的沙仔岛上,放置了很多诱卵器、成蚊“诱捕器”,它们是奚志勇团队用来监测释放控制效果的“武器”。蚊子吸过血后,会寻找湿润的地方产卵,通过诱卵器采集虫卵,可以估算出当地的蚊子数量。
目前控制效果如何?奚志勇表示,当前数据显示,不释放“绝育蚊子”的地方,野外蚊子孵化率达90%;而在控制的释放区,有的孵化率为0。“持续保持压制一段时间后,我们希望这块地方(野生蚊子)将会被全部清除掉。”奚志勇团队在等待压制效果扩散到整个岛。
而成蚊诱捕器则被放在有杂物或植物丛生处,内置一个黑色小风扇,里面放了模拟人体汗味的诱蚊片。蚊虫喜欢黑色,循着气味而来,“狡猾”的人类用风扇将蚊子吸入袋中。每隔24小时,韦迎阳和同事会来加袋、收袋。“每个点不一样,多的地方能捕到100多只,少的十几只”。
这 些被俘获的蚊子,被送往实验室检测诊断。该部分工作由杨翠带领质量控制组完成,“类似医院的检验科”。实验室里有专门针对沃尔巴克氏体的分子诊断环节, “有(沃尔巴克氏体)的话,就有一条条闪亮的带子,没有的话就是空白。”由此,奚志勇团队可以清楚地检查出这些蚊子有没有携带沃尔巴克氏体,以及携带沃尔 巴克氏体的蚊子有多少,“这样就能知道外面的比例控制得怎样”。
释放的绝育雄蚊和野外雌蚊交配后,将不会产卵,没有下一代,维持一定时间优势比例后,野外蚊子种群就会下降,达到种群压制效果,“不停地维持压制效果,以至最后根除整个传病种群。”
奚志勇介绍,“我们项目第一期是控制蚊媒数量,叮人传病的雌蚊减少,释放的雄蚊不叮人,所以老百姓也支持。”但要持续保证效果,还得建立屏障,防止外部的野外蚊子飞进来,也要持续释放雄蚊。目前沙仔岛局部地区的压制效果已经超过90%。
除了释放绝育雄蚊,减少野外蚊子种群外,沃尔巴克氏体技术应用的另一个方法是释放雌蚊进行种群替换。
“种 群替换相对比较简单,就像种杂交水稻一样,我们是种蚊子,但需要进一步的社区宣传和教育”,负责社区教育的郑小英直言。释放雌蚊对野外蚊子的冲击更加直接 高效,但雌蚊叮人,释放需要控制好数量,使其足够引起种群替换但不会显著增加对人的骚扰。奚志勇表示:“种群压制效果达90%以上,如果获得足够的社区支 持,就开始启动种群替换。”
奚志勇团队已同登革热高发的墨西哥和巴基斯坦合作,进行种群压制和种群替换。同时,与印度的疟疾控制试验也在筹划。这些合作意味着,团队准备将中国项目的成功模式复制到其他国家,“也表明该技术在国际范围内有巨大的社会需求”。
负责报批工作的钱伟介绍,按照国家有关规定,沃尔巴克氏体技术应用成熟的鉴定,需要两个现场实验点成功后方可通过。两年前,钱伟为团队在农业部获得沃巴克次体作为微生物农药的第一个田间试验许可。
不久,海南将成为第二个田间实验场。“海南现场点监测有1年多了”,该现场将由奚志勇团队联合中国疾病预防控制中心的刘起勇教授和海口市疾病预防控制中心开展试验。
今年年底,奚志勇团队将总结南沙沙仔岛的田间实验进展。“需要各种非常完整、仔细的科学数据,我们的目标是将研究成果发表到顶尖的国际科技期刊,产生全世界的影响力,使沃尔巴克氏体技术可在全球用于登革热控制。”
最新成果
●国际上首次建立沃尔巴克氏体与登革蚊媒的共生,成果发表在《科学》上;
●国际上首次发现沃尔巴克氏体的抗登革病毒作用并揭示其抗病毒机制,成果发表在P N A S (《美国科学院院报》)和PlosPathogens上;
●获得农业部颁发的中国首个沃尔巴克氏体作为微生物农药的田间试验许可证,并在中国首次开展以蚊治蚊项目;
●国际上首次建立沃尔巴克氏体与疟疾蚊媒的共生,成果发表在《S ci-ence》上;
●自主开发设计雌雄分离仪、沃尔巴克氏体的分子诊断分型试剂盒;
●与国际原子能机构展开全面合作,建立沃尔巴克氏体和射线技术的有机结合,并设计生产用于昆虫射线照射的专用射线仪;
●与墨西哥政府达成应用沃尔巴克氏体控制登革的合作意向;
●在广州建立目前世界上最大的蚊子生产基地。
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