夏天即將到來(lái)，討厭的蚊子蠢蠢欲動(dòng)。別以為蚊子只是在身上咬個(gè)包那么簡(jiǎn)單，它飛來(lái)飛去四處吸血，輕易就把“上家”的病毒帶到人體內(nèi)，引發(fā)傳染病。
4月19日，清華大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院教授程功團(tuán)隊(duì)與合作者在《科學(xué)》發(fā)表論文，提出了一項(xiàng)阻斷蚊蟲傳播傳染病的新策略。他們?cè)谠颇习l(fā)現(xiàn)了一種關(guān)鍵的環(huán)境共生菌，通過(guò)干預(yù)這一共生菌的環(huán)境可以有效阻斷疫區(qū)蚊蟲攜帶和傳播病毒。
為何蚊蟲易感病毒
蚊媒病毒傳染病是對(duì)人類生命健康的嚴(yán)重威脅之一。其中，登革熱和寨卡熱是最具代表性的蚊媒病毒傳染病。
登革熱在全球100多個(gè)國(guó)家感染流行。在我國(guó)，云南是登革熱等烈性蚊媒病毒傳染病流行的主要地區(qū)。而寨卡熱曾在太平洋島嶼和南美洲暴發(fā)大規(guī)模疫情，一年內(nèi)感染超22.3萬(wàn)例，新生兒小頭畸形病例達(dá)數(shù)千例。
“截至目前，多數(shù)蚊媒病毒傳染病沒有有效的藥物和疫苗。人們依靠大規(guī)模使用殺蟲劑消殺蚊蟲，不僅對(duì)人體健康、環(huán)境生態(tài)有害，而且無(wú)法控制蚊媒病毒的傳播流行。因?yàn)槲孟x會(huì)迅速產(chǎn)生耐藥性，使殺蟲劑失效。”論文通訊作者程功對(duì)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》說(shuō)，人們迫切需要成本低廉、環(huán)境友好的防控策略來(lái)阻斷蚊媒病毒的廣泛傳播。
一直以來(lái)，程功團(tuán)隊(duì)都在關(guān)注蚊蟲腸道微生物與蚊媒病毒之間的調(diào)控關(guān)系。蚊媒病毒的傳播路徑是，蚊蟲首先從感染者體內(nèi)吸食帶有病毒的血液，病毒隨后感染蚊蟲腸道細(xì)胞并擴(kuò)散至蚊蟲體內(nèi)，進(jìn)而感染蚊蟲唾液腺，使蚊蟲具備傳播病毒的能力。
“由于蚊蟲腸道組織是首先被感染的組織器官，因此蚊蟲腸道微生物一定與病毒發(fā)生了復(fù)雜的相互作用，這決定了蚊蟲對(duì)病毒的易感性。”程功表示，這已經(jīng)成為學(xué)界共識(shí)。
從蚊蟲腸道共生菌入手，科研人員在實(shí)驗(yàn)室飼養(yǎng)的埃及伊蚊種群中發(fā)現(xiàn)了病毒“幫兇”——粘質(zhì)沙雷氏菌。它可以輔助病毒感染蚊蟲腸道上皮細(xì)胞，提高蚊蟲對(duì)病毒的易感性。
從野外數(shù)千只蚊子中鎖定細(xì)菌
在實(shí)驗(yàn)室中如此，自然界是否也存在影響蚊蟲對(duì)病毒易感性的腸道共生菌？能不能通過(guò)調(diào)控共生菌阻斷蚊蟲攜帶、傳播病毒？
事實(shí)上，自然環(huán)境和實(shí)驗(yàn)室環(huán)境迥然不同。自然界中，野外蚊蟲腸道微生物的組成及豐度受到生存環(huán)境的極大影響，有的來(lái)自孳生水體的環(huán)境微生物，有的來(lái)自環(huán)境植物汁液、花蜜的共生微生物等。在不同地域，環(huán)境微生物的組成差別巨大，使蚊蟲攜帶和傳播病毒能力的差別顯著。
因此，科研人員決定深入實(shí)地開展研究。
自2020年起，3年間，科研人員在云南邊境地區(qū)捕捉了數(shù)千只野外雌性伊蚊。“我們從中分離、培養(yǎng)出55株蚊蟲腸道共生菌，與人的血液、病毒混合后喂給蚊子，想看看有沒有能使蚊子不攜帶病毒的共生菌。”程功介紹。
研究顯示，在白紋伊蚊和埃及伊蚊的腸道中，定植一種羅森伯格菌屬的細(xì)菌“羅森伯格_YN46”，可以顯著抑制蚊蟲通過(guò)叮咬吸血感染登革病毒及寨卡病毒。
羅森伯格菌與植物汁液和花蜜有關(guān)，在自然界中廣泛存在。它通過(guò)分泌一種葡萄糖脫氫酶，將吸血蚊蟲腸道環(huán)境快速酸化，對(duì)蚊蟲腸道微環(huán)境進(jìn)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對(duì)酸性信號(hào)敏感。當(dāng)病毒處于pH值小于6.5的酸性環(huán)境時(shí)，其包膜蛋白會(huì)發(fā)生不可逆的變構(gòu)，使病毒顆粒進(jìn)入脫衣殼的狀態(tài)并失去感染活性。
“因此，酸化的腸道環(huán)境可直接使進(jìn)入腸道的病毒顆粒滅活，從而抑制蚊蟲通過(guò)吸血獲取病毒的能力，大幅降低蚊蟲對(duì)病毒的易感性。”程功介紹。
在疫區(qū)進(jìn)行環(huán)境干預(yù)
為了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果，科研人員希望進(jìn)一步研究云南登革熱流行是否與羅森伯格_YN46菌在自然界中的分布定植相關(guān)。
據(jù)了解，在氣候環(huán)境相似、蚊蟲種群密度相似的情況下，云南不同地區(qū)的登革熱流行存在顯著差異，熱點(diǎn)區(qū)域明顯。
“根據(jù)近10年的流行病學(xué)調(diào)查記錄，西雙版納和臨滄兩地常年有登革熱暴發(fā)流行，而與之相鄰的文山和普洱則幾乎沒有登革熱本地流行的案例。”程功說(shuō)。
因此，他們深入這4個(gè)地區(qū)，采集了氣候和環(huán)境因素相似地點(diǎn)的蚊蟲，并檢測(cè)了羅森伯格_YN46菌在野外蚊蟲腸道中的定植情況。
分析發(fā)現(xiàn)，羅森伯格_YN46菌在文山和普洱這兩個(gè)非登革熱流行地區(qū)的蚊蟲腸道中有很高的定植率，而在西雙版納和臨滄，其定植率很低。
那么，能不能在兩個(gè)疫區(qū)的水體中進(jìn)行羅森伯格_YN46菌的環(huán)境干預(yù)，將其自然定植到孵化出的野生蚊蟲中？
“我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室水體中加入羅森伯格_YN46菌，隨后在此水體中孵化從西雙版納獲得的野生白紋伊蚊蚊卵，再檢測(cè)孵化出的幼蟲、蛹和成蟲腸道中這一共生菌的定植情況。”程功告訴記者。
結(jié)果表明，通過(guò)環(huán)境水體干預(yù)的方式，可將羅森伯格_YN46菌高效定植到孵化蚊蟲的腸道中。同時(shí)，在干預(yù)后的水體環(huán)境中孵化出的蚊蟲不易感染病毒。
后來(lái)，科研人員在西雙版納州勐臘縣開展了現(xiàn)場(chǎng)干預(yù)實(shí)驗(yàn)。他們?cè)诋?dāng)?shù)氐逆苌w中進(jìn)行羅森伯格_YN46菌干預(yù)，并利用當(dāng)?shù)厮镰h(huán)境孵化本地蚊蟲。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，孵化出的蚊蟲感染登革病毒的比例大幅下降。
安全可靠的蚊蟲防治策略
在人們與蚊媒病毒傳染病智斗的過(guò)程中，安全性是一個(gè)不可忽視的問(wèn)題。此項(xiàng)研究中的羅森伯格_YN46菌是一種天然環(huán)境共生菌，它與蚊蟲的共生關(guān)系在自然界早已穩(wěn)定存在。
因此，程功表示，實(shí)施羅森伯格_YN46菌環(huán)境干預(yù)策略，只是特異性地抑制蚊蟲感染傳播病毒，并不會(huì)使蚊蟲產(chǎn)生耐藥性，也不會(huì)影響蚊蟲在自然界中的生存適應(yīng)性，安全可靠。“這可以作為一種具有巨大應(yīng)用潛力的防治策略，阻斷蚊媒病毒傳染病在自然界傳播流行。”程功說(shuō)。
“該研究從環(huán)境生態(tài)學(xué)視角，思考并回答蚊媒病毒傳染病的傳播流行規(guī)律，并通過(guò)共生菌環(huán)境干預(yù)，在自然界中實(shí)現(xiàn)阻斷蚊蟲攜帶并傳播病毒。這將為蚊媒傳染病防控提供全新的理論體系和應(yīng)用思路。”中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所研究員康樂評(píng)價(jià)道。
中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院微生物研究所研究員高福認(rèn)為：“這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)了一種可決定蚊媒病毒傳播的環(huán)境生物因子，為基于‘One Health’理念的蚊媒病毒傳染病防控搭建了全新的技術(shù)平臺(tái)并奠定了理論基礎(chǔ)。”
夏天即將到來(lái)，討厭的蚊子蠢蠢欲動(dòng)。別以為蚊子只是在身上咬個(gè)包那么簡(jiǎn)單，它飛來(lái)飛去四處吸血，輕易就把“上家”的病毒帶到人體內(nèi)，引發(fā)傳染病。
4月19日，清華大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院教授程功團(tuán)隊(duì)與合作者在《科學(xué)》發(fā)表論文，提出了一項(xiàng)阻斷蚊蟲傳播傳染病的新策略。他們?cè)谠颇习l(fā)現(xiàn)了一種關(guān)鍵的環(huán)境共生菌，通過(guò)干預(yù)這一共生菌的環(huán)境可以有效阻斷疫區(qū)蚊蟲攜帶和傳播病毒。
為何蚊蟲易感病毒
蚊媒病毒傳染病是對(duì)人類生命健康的嚴(yán)重威脅之一。其中，登革熱和寨卡熱是最具代表性的蚊媒病毒傳染病。
登革熱在全球100多個(gè)國(guó)家感染流行。在我國(guó)，云南是登革熱等烈性蚊媒病毒傳染病流行的主要地區(qū)。而寨卡熱曾在太平洋島嶼和南美洲暴發(fā)大規(guī)模疫情，一年內(nèi)感染超22.3萬(wàn)例，新生兒小頭畸形病例達(dá)數(shù)千例。
“截至目前，多數(shù)蚊媒病毒傳染病沒有有效的藥物和疫苗。人們依靠大規(guī)模使用殺蟲劑消殺蚊蟲，不僅對(duì)人體健康、環(huán)境生態(tài)有害，而且無(wú)法控制蚊媒病毒的傳播流行。因?yàn)槲孟x會(huì)迅速產(chǎn)生耐藥性，使殺蟲劑失效。”論文通訊作者程功對(duì)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》說(shuō)，人們迫切需要成本低廉、環(huán)境友好的防控策略來(lái)阻斷蚊媒病毒的廣泛傳播。
一直以來(lái)，程功團(tuán)隊(duì)都在關(guān)注蚊蟲腸道微生物與蚊媒病毒之間的調(diào)控關(guān)系。蚊媒病毒的傳播路徑是，蚊蟲首先從感染者體內(nèi)吸食帶有病毒的血液，病毒隨后感染蚊蟲腸道細(xì)胞并擴(kuò)散至蚊蟲體內(nèi)，進(jìn)而感染蚊蟲唾液腺，使蚊蟲具備傳播病毒的能力。
“由于蚊蟲腸道組織是首先被感染的組織器官，因此蚊蟲腸道微生物一定與病毒發(fā)生了復(fù)雜的相互作用，這決定了蚊蟲對(duì)病毒的易感性。”程功表示，這已經(jīng)成為學(xué)界共識(shí)。
從蚊蟲腸道共生菌入手，科研人員在實(shí)驗(yàn)室飼養(yǎng)的埃及伊蚊種群中發(fā)現(xiàn)了病毒“幫兇”——粘質(zhì)沙雷氏菌。它可以輔助病毒感染蚊蟲腸道上皮細(xì)胞，提高蚊蟲對(duì)病毒的易感性。
從野外數(shù)千只蚊子中鎖定細(xì)菌
在實(shí)驗(yàn)室中如此，自然界是否也存在影響蚊蟲對(duì)病毒易感性的腸道共生菌？能不能通過(guò)調(diào)控共生菌阻斷蚊蟲攜帶、傳播病毒？
事實(shí)上，自然環(huán)境和實(shí)驗(yàn)室環(huán)境迥然不同。自然界中，野外蚊蟲腸道微生物的組成及豐度受到生存環(huán)境的極大影響，有的來(lái)自孳生水體的環(huán)境微生物，有的來(lái)自環(huán)境植物汁液、花蜜的共生微生物等。在不同地域，環(huán)境微生物的組成差別巨大，使蚊蟲攜帶和傳播病毒能力的差別顯著。
因此，科研人員決定深入實(shí)地開展研究。
自2020年起，3年間，科研人員在云南邊境地區(qū)捕捉了數(shù)千只野外雌性伊蚊。“我們從中分離、培養(yǎng)出55株蚊蟲腸道共生菌，與人的血液、病毒混合后喂給蚊子，想看看有沒有能使蚊子不攜帶病毒的共生菌。”程功介紹。
研究顯示，在白紋伊蚊和埃及伊蚊的腸道中，定植一種羅森伯格菌屬的細(xì)菌“羅森伯格_YN46”，可以顯著抑制蚊蟲通過(guò)叮咬吸血感染登革病毒及寨卡病毒。
羅森伯格菌與植物汁液和花蜜有關(guān)，在自然界中廣泛存在。它通過(guò)分泌一種葡萄糖脫氫酶，將吸血蚊蟲腸道環(huán)境快速酸化，對(duì)蚊蟲腸道微環(huán)境進(jìn)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對(duì)酸性信號(hào)敏感。當(dāng)病毒處于pH值小于6.5的酸性環(huán)境時(shí)，其包膜蛋白會(huì)發(fā)生不可逆的變構(gòu)，使病毒顆粒進(jìn)入脫衣殼的狀態(tài)并失去感染活性。
“因此，酸化的腸道環(huán)境可直接使進(jìn)入腸道的病毒顆粒滅活，從而抑制蚊蟲通過(guò)吸血獲取病毒的能力，大幅降低蚊蟲對(duì)病毒的易感性。”程功介紹。
在疫區(qū)進(jìn)行環(huán)境干預(yù)
為了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果，科研人員希望進(jìn)一步研究云南登革熱流行是否與羅森伯格_YN46菌在自然界中的分布定植相關(guān)。
據(jù)了解，在氣候環(huán)境相似、蚊蟲種群密度相似的情況下，云南不同地區(qū)的登革熱流行存在顯著差異，熱點(diǎn)區(qū)域明顯。
“根據(jù)近10年的流行病學(xué)調(diào)查記錄，西雙版納和臨滄兩地常年有登革熱暴發(fā)流行，而與之相鄰的文山和普洱則幾乎沒有登革熱本地流行的案例。”程功說(shuō)。
因此，他們深入這4個(gè)地區(qū)，采集了氣候和環(huán)境因素相似地點(diǎn)的蚊蟲，并檢測(cè)了羅森伯格_YN46菌在野外蚊蟲腸道中的定植情況。
分析發(fā)現(xiàn)，羅森伯格_YN46菌在文山和普洱這兩個(gè)非登革熱流行地區(qū)的蚊蟲腸道中有很高的定植率，而在西雙版納和臨滄，其定植率很低。
那么，能不能在兩個(gè)疫區(qū)的水體中進(jìn)行羅森伯格_YN46菌的環(huán)境干預(yù)，將其自然定植到孵化出的野生蚊蟲中？
“我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室水體中加入羅森伯格_YN46菌，隨后在此水體中孵化從西雙版納獲得的野生白紋伊蚊蚊卵，再檢測(cè)孵化出的幼蟲、蛹和成蟲腸道中這一共生菌的定植情況。”程功告訴記者。
結(jié)果表明，通過(guò)環(huán)境水體干預(yù)的方式，可將羅森伯格_YN46菌高效定植到孵化蚊蟲的腸道中。同時(shí)，在干預(yù)后的水體環(huán)境中孵化出的蚊蟲不易感染病毒。
后來(lái)，科研人員在西雙版納州勐臘縣開展了現(xiàn)場(chǎng)干預(yù)實(shí)驗(yàn)。他們?cè)诋?dāng)?shù)氐逆苌w中進(jìn)行羅森伯格_YN46菌干預(yù)，并利用當(dāng)?shù)厮镰h(huán)境孵化本地蚊蟲。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，孵化出的蚊蟲感染登革病毒的比例大幅下降。
安全可靠的蚊蟲防治策略
在人們與蚊媒病毒傳染病智斗的過(guò)程中，安全性是一個(gè)不可忽視的問(wèn)題。此項(xiàng)研究中的羅森伯格_YN46菌是一種天然環(huán)境共生菌，它與蚊蟲的共生關(guān)系在自然界早已穩(wěn)定存在。
因此，程功表示，實(shí)施羅森伯格_YN46菌環(huán)境干預(yù)策略，只是特異性地抑制蚊蟲感染傳播病毒，并不會(huì)使蚊蟲產(chǎn)生耐藥性，也不會(huì)影響蚊蟲在自然界中的生存適應(yīng)性，安全可靠。“這可以作為一種具有巨大應(yīng)用潛力的防治策略，阻斷蚊媒病毒傳染病在自然界傳播流行。”程功說(shuō)。
“該研究從環(huán)境生態(tài)學(xué)視角，思考并回答蚊媒病毒傳染病的傳播流行規(guī)律，并通過(guò)共生菌環(huán)境干預(yù)，在自然界中實(shí)現(xiàn)阻斷蚊蟲攜帶并傳播病毒。這將為蚊媒傳染病防控提供全新的理論體系和應(yīng)用思路。”中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所研究員康樂評(píng)價(jià)道。
中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院微生物研究所研究員高福認(rèn)為：“這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)了一種可決定蚊媒病毒傳播的環(huán)境生物因子，為基于‘One Health’理念的蚊媒病毒傳染病防控搭建了全新的技術(shù)平臺(tái)并奠定了理論基礎(chǔ)。”
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