探秘最大蚊子工廠 生產絕育蚊子抵抗登革熱
等待釋放的一罐罐雄蚊，每罐大約500只
【探秘最大蚊子工廠】廣州市蘿崗區高新技術產業開發區科學城加速器園區的一棟大樓內，藏着目前世界上最大的蚊子工廠。每週，這裏生產出50萬甚至上百萬只“絕育”蚊子，被送往廣州南沙沙仔島釋放，釋放蚊子是用於阻斷登革熱傳播的實驗的。
今年3月12日起，中山大學—密歇根州立大學熱帶病蟲媒控制聯合研究中心奚志勇教授團隊，在沙仔島陸續釋放“絕育”蚊子，即攜帶新型沃爾巴克氏體的白紋伊蚊雄蚊。這是沃爾巴克氏體技術控制蚊媒及阻斷登革熱項目在國內的第一次田間試驗，目前局部地區的種羣壓制效果已經超過90%。
在廣州沙仔島釋放的這些“絕育蚊子”，到底能如何抵抗登革熱?沃爾巴克氏體，是一種在自然界節肢動物體內廣泛存在的、接近立克次體，並能經卵傳遞的革蘭氏陰性胞內共生菌。它天然存在於全球約65%的昆蟲種羣和28%的蚊蟲種類中，攜帶不同型別沃爾巴克氏體的雌雄昆蟲交配後產生的卵不發育。
放蚊子的技術活
每個桶裏裝着500只左右的白紋伊蚊雄蚊，圓桶紗網上的棉花團浸泡着糖水，在釋放前給蚊子最後補充一次能量。“白蚊伊蚊活動高峯期是從早上7點到晚上五六點，我們希望釋放的雄蚊在這期間能成為交配競爭的贏者。”
7月22日早上7點半，韋迎陽帶着項目組工作人員，照例開着機動三輪車，車上裝着幾百個塑料圓桶，每個桶裏裝的是500只左右白紋伊蚊雄蚊。
前一天傍晚，它們就抵達沙仔島。圓桶紗網上的棉花團浸泡着糖水，在釋放前將給蚊子最後補充一次能量。“白蚊伊蚊活動高峯期是從早上7點到晚上五六點，我們希望釋放的雄蚊在這期間能成為交配競爭的贏者。”
到達釋放點，韋迎陽和工作人員打開密封的桶蓋，被精心培育的蚊子馬上就急不可待地飛出，工作人員記錄釋放量和釋放地點。釋放點通常選在植物繁茂的潮濕處，最適合雄蚊棲息並補充能量。
“放蚊子也是個技術活。”奚志勇介紹，目前團隊仍採用通過籠子人工釋放的“原生態”方式，而以色列已有公司專門研究如何在直升機上投放，並保證蚊子存活率。“我們還在研發階段，希望每個細節都能很精確地控制，知道籠子裏有多少隻，每個地方要放多少隻，這些數據可為下一步規模化應用提供證據”。
釋放蚊子的現場試驗，由奚志勇團隊聯合廣州市疾病控制中心一起開展。廣州市疾病控制中心蟲媒消殺科的嚴子鏘和胡志剛通過大量比較篩選，確定了沙仔島這個地點。今年3月12日，奚志勇團隊開着機動三輪車，拎着塑料桶，開始釋放第一批“絕育蚊子”。之後，團隊保持每週三次(隔天)的釋放頻率，每次放出7萬-10萬隻。
奚志勇解釋，爭取剛長出的野生雌蚊和釋放的絕育雄蚊進行交配，必須要有數量優勢。“雌蚊一生只交配一次，這個惟一的機會要被我們釋放的雄蚊獲得。”放出的雄蚊在野外大概能存活兩週，它的交配能力前三四天最強，而野生蚊子每天都在長，因此需要通過持續釋放，保持交配優勢。
在前期實驗室研究和現場監測數據的基礎上，團隊成員密歇根州立大學的唐謨勳教授、廣州大學庾建設教授和鄭波副教授成功建立了釋放效果的數學模型，預測要達到好的控制效果，釋放的雄蚊與野外雄蚊比例在5：1最合適。
5：1，這個數字意味着，野生雌蚊有超過80%的機會和“絕育雄蚊”交配，交配後下一代將不會孵化產卵。“當我們的雄蚊獲得了與雌蚊的交配權，雌蚊這一生所產的卵都不再會孵化。”
這四個多月來，沙仔島上的500餘户居民如常生活。他們在路上和項目組工作人員相遇，會熱情地打招呼，偶爾也會站在旁邊看他們放蚊子。團隊中有6名成員長駐島上，“和他們像兄弟一樣了”，韋迎陽説。
6月份之前，團隊對當地野生蚊子的控制效果達到70%以上，“基本75%的蚊子都被我們清除了”。不過到了6月，廣州雨季來臨，連日多雨，讓野生蚊子有了最好的繁殖環境。
“大量雨水使得到處都成了蚊子滋生地，去年產的數以萬計的卵也開始孵化。”雨季一過，沙仔島上野生蚊子數量陡增好幾倍。這給奚志勇團隊的釋放任務帶來很大挑戰：為維持優勢比，“絕育蚊子”的釋放量也要跟着翻倍。這是一次被迫的“緊急”行動。原有的“絕育蚊子”產能捉襟見肘，“場地不夠，人手不夠，啥也不夠了。”
7月17日，新蚊子工廠正式啓用。從原來100多平米的生產空間，搬到如今3000平米的新廠房，生產蚊子的規模從每週20萬-30萬隻，提高到每週50萬-60萬。“4個車間目前只用了1個，如果全部開足馬力，產量可達每週上千萬。”這裏成為了目前全世界產能最大的蚊子工廠。
奚志勇教授和培育的蚊子在一起
發現天然“疫苗”
2009年前後，奚志勇課題組與另一個課題組同時發現，天然的沃爾巴克氏體本身就能形成抗登革病毒的作用。“科學研究常常是結果沒有期盼的好。這是唯一一次，真實的情況比想要的好，當初大家的感覺都是toogood tobe true。”
在廣州沙仔島釋放的這些“絕育蚊子”，到底能如何抵抗登革熱?
沃爾巴克氏體，是一種在自然界節肢動物體內廣泛存在的、接近立克次體，並能經卵傳遞的革蘭氏陰性胞內共生菌。它天然存在於全球約65%的昆蟲種羣和28%的蚊蟲種類中，攜帶不同型別沃爾巴克氏體的雌雄昆蟲交配後產生的卵不發育。
早在1967年，沃爾巴克氏體誘導蚊子種羣產生細胞質不相容性(C I)，可以降低蚊子種羣數量的這一現象，已被科學家發現，研究結果發佈在《自然》雜誌。但由於當時技術侷限，無法人工建立能引起C I的蚊系，限制了沃爾巴克氏體的應用。
2001年，在美國肯塔基大學讀博士的奚志勇，在導師StephenL.D obson的帶領下，開始沃爾巴克氏體共生菌的研究，至今已有15年。
“科學的發展是很有意思的。”最早，他們的想法是，如果讓這個共生菌攜帶上抗病基因，是不是就可以把傳病蚊媒改造成不能傳病?但2009年前後，奚志勇課題組與另一個課題組同時發現，天然的沃爾巴克氏體本身就能形成抗登革病毒的作用。
包括奚志勇在內的科學家完全沒有預料到。回顧當時的情形，奚志勇還掩飾不住喜悦和興奮。“科學研究常常是結果沒有期盼的好。這是唯一一次，真實的情況比想要的好，當初大家的感覺都是too good to be true。”
針對沃爾巴克氏體的應用研究，隨之加速。比爾·蓋茨是這個技術的最早推行者和強有力支持者。“他投入超過1500萬美元，希望把該技術開發成抗登革熱、瘧疾和其他蚊媒病的工具。”奚志勇團隊在廣東的研究最早作為“根除登革熱”項目的一部分，獲得比爾及梅琳達·蓋茨基金會聯合美國國立衞生研究院基金會的資助。2012年起廣東省科技廳全面接手資助該項目，總共投入科研經費3000萬。研究也同時獲得廣州開發區科技領軍人才項目的資助。
看到該項目在全球範圍的應用前景，2014年開始，聯合國國際原子能機構與團隊建立合作，併為項目提供進一步資助。該機構害蟲控制室專家KostasBourtzis、JeremieGills還聯合奚志勇團隊攻關技術難點。
中山大學和密歇根州立大學的研究人員，在全球範圍首次使傳播瘧疾的主要媒介斯氏按蚊與沃爾巴克氏體形成穩定的共生關係，並顯著降低其傳播人類瘧疾病原體的能力。這項研究發表在2013年5月9日的《科學》雜誌上。
2011年11月起，奚志勇團隊從果蠅、伊蚊和庫蚊體內提取沃爾巴克氏體，成功將其導入登革熱媒介白紋伊蚊體內，建立穩定的攜帶新型沃爾巴克氏體的蚊株。
攜帶了新型沃爾巴克氏體的雄蚊與自然界的雌蚊交配後，所產的卵不能發育。因此，通過大量釋放攜帶沃爾巴克氏體U的雄蚊，可以使蚊蟲種羣數量降低至不足以引起登革熱流行。而蚊子感染沃爾巴克氏體後，登革病毒就無法在其體內繁殖和傳播。沃爾巴克氏體如同“疫苗”一樣阻隔病毒，使這些蚊子無法把登革病毒傳染給人類。這就是沃爾巴克氏體抗登革熱的基本原理。
第一個“種子”
2011年前後，團隊通過對上千只蚊子胚胎的注射，從中篩選了一隻與沃爾巴克氏體達成穩定共生的胚胎，最後長成一隻雌蚊。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，也是兩大核心關鍵技術之一。
通過注射，攜帶沃爾巴克氏體共生菌的雌蚊一旦建立穩定的共生，將永遠持續攜帶。“只要它生產下一代，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到登革病毒和瘧疾控制的蚊子中並建立穩定共生的科學家。每次提到這點，奚志勇都會鄭重地釐清：“建立共生，並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定的共生關係，技術上講是把共生菌組裝到蚊子體內去，科學上講還需要保證兩個生物體能互相適應，不排斥對方。”2001年奚志勇在美國啓動這一技術的攻關。
他打了個比方，想象在一個生雞蛋內，不同的位置含有決定未來發育方向的不同成分，其中某個位置的成分將發育成生殖系統。奚志勇團隊要在蚊子胚胎髮育非常早期的階段，在特殊時間點精準地把沃爾巴克氏體注射到未來發育成生殖器的特殊部位，“這是最重要的細節”。等生殖細胞進一步生長，就把共生菌包含在裏面一起發育，“形成共生共存關係”。
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，全部結果都是陰性，試驗失敗。”奚志勇開始轉向果蠅，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，研究成果發表在2005年第301期《科學》上。“這是我平生髮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只花了不到兩個月。像《科學》這樣高級別的雜誌評審較嚴，來回修改常需半年或更長時間。
2009年，科學界發現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後，奚志勇團隊拿到國家批覆，通過生物安全檢測，沃爾巴克氏體技術正式應用加速。
2011年前後，團隊通過對上千只蚊子胚胎的注射，篩選出一隻與沃爾巴克氏體達成穩定共生的胚胎，最後長成一隻雌蚊。這是最開始的“種子”，“現在用來釋放的蚊子，就來自這隻雌蚊。”
隨着胚胎注射技術日臻成熟，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，奚志勇拿起一隻“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。在密封的網狀籠上方，放着一張塗了羊血的薄鐵板，這是雌蚊的食物。雌蚊每次產卵的前提是吸一次血，理想條件下，一隻雌蚊吸一次血可產80-100個卵，在實驗室裏一般吸血約3次，也就是説，一隻雌蚊可產200-300個卵。目前在實際生產中，一籠可產大概5萬隻卵。
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7萬-8萬隻蚊子，準確率達到99.8%”。但這個效率仍然不夠，“未來當控制範圍不斷擴大，釋放量要上百上千萬，就需要更高效的分離方法”。
蚊子生產負責人王曉華及同事將這些卵，放在塑料水盤中。實驗室裏保持27℃的温度、70%左右的濕度，光線則保持與野外一樣的日夜黑白循環，這個環境最適合蚊子生長。
1到2小時後，它們長成一齡幼蟲。“1克卵約有15萬個幼蟲”。在最大的一個“生產車間”，塑料盤層層疊疊擺了幾十架，每架20盤。每個塑料水盤裏，1萬多隻幼蟲像小蝌蚪一般游來游去。待幼蟲生長一週，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。
奚志勇團隊採用的是物理分離法。“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着水流，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7萬-8萬隻蚊子，準確率達到99.8%”。
但這個效率仍然不夠。奚志勇直言，“未來當控制範圍不斷擴大，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正在嘗試和創新。在南美洲已成功運行的地中海果蠅雌雄分離，採用建立遺傳突變株的方法，通過在蛹的某個階段，利用雌雄對温度敏感的不同，用34℃處理過夜後殺死所有雌性，孵化出來的都是雄蚊。“用遺傳株的方法，釋放量可達到1周10億隻。”奚志勇説。
登革熱的重災區在東南亞、南美等地。在國內，廣東是登革熱最典型的高發區。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，佔廣東總病例超八成。
這次蚊子生產“車間”的搬遷，也出於生產規模擴大的需要。最早，奚志勇團隊的蚊子生產能力一週為1000-2000只，經過一年努力，生產規模上升到10萬隻，“這是產能的第一次突破”。如今產能從10萬上升到100萬隻，又是一次新突破。
“上升到一定量後，從卵的孵化、發育時間、雌雄分離，每個步驟都要細化，生產線也要標準化。”2014年，團隊正式啓動大規模培養生產階段。“以前不是問題的細節，現在都成為影響產量的關鍵，這也是產業化與實驗室研究最大的不同。”
監測與推廣
沃爾巴克氏體技術應用的另一個方法是釋放雌蚊進行種羣替換。釋放雌蚊對野外蚊子的衝擊更加直接高效，但雌蚊叮人，釋放需要控制好數量，使其足夠引起種羣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測釋放控制效果的“武器”。蚊子吸過血後，會尋找濕潤的地方產卵，通過誘卵器採集蟲卵，可以估算出當地的蚊子數量。
目前控制效果如何?奚志勇表示，當前數據顯示，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，有的孵化率為0。“持續保持壓制一段時間後，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，內置一個黑色小風扇，裏面放了模擬人體汗味的誘蚊片。蚊蟲喜歡黑色，循着氣味而來，“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多隻，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質量控制組完成，“類似醫院的檢驗科”。實驗室裏有專門針對沃爾巴克氏體的分子診斷環節，“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後，將不會產卵，沒有下一代，維持一定時間優勢比例後，野外蚊子種羣就會下降，達到種羣壓制效果，“不停地維持壓制效果，以至最後根除整個傳病種羣。”
奚志勇介紹，“我們項目第一期是控制蚊媒數量，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，也要持續釋放雄蚊。目前沙仔島局部地區的壓制效果已經超過90%。
除了釋放絕育雄蚊，減少野外蚊子種羣外，沃爾巴克氏體技術應用的另一個方法是釋放雌蚊進行種羣替換。
“種羣替換相對比較簡單，就像種雜交水稻一樣，我們是種蚊子，但需要進一步的社區宣傳和教育”，負責社區教育的鄭小英直言。釋放雌蚊對野外蚊子的衝擊更加直接高效，但雌蚊叮人，釋放需要控制好數量，使其足夠引起種羣替換但不會顯著增加對人的騷擾。奚志勇表示：“種羣壓制效果達90%以上，如果獲得足夠的社區支持，就開始啓動種羣替換。”
奚志勇團隊已同登革熱高發的墨西哥和巴基斯坦合作，進行種羣壓制和種羣替換。同時，與印度的瘧疾控制試驗也在籌劃。這些合作意味着，團隊準備將中國項目的成功模式複製到其他國家，“也表明該技術在國際範圍內有巨大的社會需求”。
負責報批工作的錢偉介紹，按照國家有關規定，沃爾巴克氏體技術應用成熟的鑑定，需要兩個現場實驗點成功後方可通過。兩年前，錢偉為團隊在農業部獲得沃巴克次體作為微生物農藥的第一個田間試驗許可。
不久，海南將成為第二個田間實驗場。“海南現場點監測有1年多了”，該現場將由奚志勇團隊聯合中國疾病預防控制中心的劉起勇教授和海口市疾病預防控制中心開展試驗。
今年年底，奚志勇團隊將總結南沙沙仔島的田間實驗進展。“需要各種非常完整、仔細的科學數據，我們的目標是將研究成果發表到頂尖的國際科技期刊，產生全世界的影響力，使沃爾巴克氏體技術可在全球用於登革熱控制。”
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，成果發表在《科學》上;
●國際上首次發現沃爾巴克氏體的抗登革病毒作用並揭示其抗病毒機制，成果發表在P N A S (《美國科學院院報》)和PlosPathogens上;
●獲得農業部頒發的中國首個沃爾巴克氏體作為微生物農藥的田間試驗許可證，並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，成果發表在《S ci-ence》上;
●自主開發設計雌雄分離儀、沃爾巴克氏體的分子診斷分型試劑盒;
●與國際原子能機構展開全面合作，建立沃爾巴克氏體和射線技術的有機結合，並設計生產用於昆蟲射線照射的專用射線儀;
●與墨西哥政府達成應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基地。