廣州市蘿崗區(qū)高新技術產業(yè)開發(fā)區(qū)科學城加速器園區(qū)的一棟大樓內，藏著目前世界上最大的蚊子工廠。每周，這里生產出50萬甚至上百萬只“絕育”蚊子，被送往廣州南沙沙仔島釋放。

　　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(lián)合研究中心奚志勇教授團隊，在沙仔島陸續(xù)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(qū)的種群壓制效果已經(jīng)超過90%。

　　雄蚊有羽狀的觸角和分叉的口器。奚志勇團隊目前釋放的只是攜帶沃爾巴克氏體的雄蚊。

放蚊子的技術活

　　每個桶里裝著500只左右的白紋伊蚊雄蚊，圓桶紗網(wǎng)上的棉花團浸泡著糖水，在釋放前給蚊子最后補充一次能量。“白蚊伊蚊活動高峰期是從早上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?！?/p>

　　7月22日早上7點半，韋迎陽帶著項目組工作人員，照例開著機動三輪車，車上裝著幾百個塑料圓桶，每個桶里裝的是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(wǎng)上的棉花團浸泡著糖水，在釋放前將給蚊子最后補充一次能量?！鞍孜靡廖没顒痈叻迤谑菑脑缟?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?！?/p>

　　培育盒壁上的蚊卵。

　　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，最適合雄蚊棲息并補充能量。

　　“放蚊子也是個技術活。”奚志勇介紹，目前團隊仍采用通過籠子人工釋放的“原生態(tài)”方式，而以色列已有公司專門研究如何在直升機上投放，并保證蚊子存活率?！拔覀冞€在研發(fā)階段，希望每個細節(jié)都能很精確地控制，知道籠子里有多少只，每個地方要放多少只，這些數(shù)據(jù)可為下一步規(guī)模化應用提供證據(jù)”。

　　釋放蚊子的現(xiàn)場試驗，由奚志勇團隊聯(lián)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，奚志勇團隊開著機動三輪車，拎著塑料桶，開始釋放第一批“絕育蚊子”。之后，團隊保持每周三次的釋放頻率，每次放出7萬-10萬只。

　　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(shù)量優(yōu)勢?！按莆靡簧唤慌湟淮危@個惟一的機會要被我們釋放的雄蚊獲得?！狈懦龅男畚迷谝巴獯蟾拍艽婊顑芍?，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(xù)釋放，保持交配優(yōu)勢。

　　在前期實驗室研究和現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的基礎上，團隊成員密歇根州立大學的唐謨勛教授、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(shù)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(shù)字意味著，野生雌蚊有超過80%的機會和“絕育雄蚊”交配，交配后下一代將不會孵化產卵?！爱斘覀兊男畚毛@得了與雌蚊的交配權，雌蚊這一生所產的卵都不再會孵化。”

　　6月份之前，團隊對當?shù)匾吧米拥目刂菩Ч_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(huán)境。

　　“大量雨水使得到處都成了蚊子孳生地，去年產的數(shù)以萬計的卵也開始孵化?！庇昙疽贿^，沙仔島上野生蚊子數(shù)量陡增好幾倍。這給奚志勇團隊的釋放任務帶來很大挑戰(zhàn)：為維持優(yōu)勢比，“絕育蚊子”的釋放量也要跟著翻倍。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?！?/p>

　　7月17日，新蚊子工廠正式啟用。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(guī)模從每周20萬-30萬只，提高到每周50萬-60萬。“4個車間目前只用了1個，如果全部開足馬力，產量可達每周上千萬。”這里成為了目前全世界產能最大的蚊子工廠。

發(fā)現(xiàn)天然“疫苗”

　　2009年前后，奚志勇課題組與另一個課題組同時發(fā)現(xiàn)，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too good to be true?！?/p>

　　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(jié)肢動物體內廣泛存在的、接近立克次體，并能經(jīng)卵傳遞的革蘭氏陰性胞內共生菌。它天然存在于全球約65%的昆蟲種群和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后產生的卵不發(fā)育。

　　早在1967年，沃爾巴克氏體誘導蚊子種群產生細胞質不相容性，可以降低蚊子種群數(shù)量的這一現(xiàn)象，已被科學家發(fā)現(xiàn)，研究結果發(fā)布在《自然》雜志。但由于當時技術局限，無法人工建立能引起CI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Stephen L.Dobson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(fā)展是很有意思的?！弊钤纾麄兊南敕ㄊ?，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??？但2009年前后，奚志勇課題組與另一個課題組同時發(fā)現(xiàn)，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悅和興奮?！翱茖W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?！?/p>

　　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(fā)成抗登革熱、瘧疾和其他蚊媒病的工具?！鞭芍居聢F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(lián)合美國國立衛(wèi)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(jīng)費3000萬。研究也同時獲得廣州開發(fā)區(qū)科技領軍人才項目的資助。

　　看到該項目在全球范圍的應用前景，2014年開始，聯(lián)合國國際原子能機構與團隊建立合作，并為項目提供進一步資助。該機構害蟲控制室專家Kostas Bourtzis、Jeremie Gills還聯(lián)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，在全球范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(wěn)定的共生關系，并顯著降低其傳播人類瘧疾病原體的能力。這項研究發(fā)表在2013年5月9日的《科學》雜志上。

　　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(wěn)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后，所產的卵不能發(fā)育。因此，通過大量釋放攜帶沃爾巴克氏體的雄蚊，可以使蚊蟲種群數(shù)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后，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。

　　育種中的蚊子籠，籠上寫有吸血和產卵的詳細日期，以方便管理。

　　工作人員開著機動三輪車去釋放雄蚊，島上的居民對此已經(jīng)司空見慣。

　　野外放置的成蚊誘捕器。被俘獲的蚊子將被送往實驗室檢測診斷。

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?？雌饋碇恍⌒∫淮?，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(wěn)定的共生，將永遠持續(xù)攜帶?！爸灰a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)定的共生關系，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年奚志勇在美國啟動這一技術的攻關。

　　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(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，全部結果都是陰性，試驗失敗?！鞭芍居麻_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?！?/p>

　　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?！?004年，奚志勇建立胚胎注射技術，研究成果發(fā)表在2005年第301期《科學》上?！斑@是我平生發(fā)表得最容易的一篇文章?！鞭芍居掠行┘拥馗嬖V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，沃爾巴克氏體技術正式應用加速。

　　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?！?/p>

　　隨著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。雌蚊每次產卵的前提是吸一次血，理想條件下，一只雌蚊吸一次血可產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200-300個卵。目前在實際生產中，一籠可產大概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?！?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?！?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?！靶畚玫念^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?！?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?！鞭芍居抡f。

　　登革熱的重災區(qū)在東南亞、南美等地。在國內，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“車間”的搬遷，也出于生產規(guī)模擴大的需要。最早，奚志勇團隊的蚊子生產能力一周為1000-2000只，經(jīng)過一年努力，生產規(guī)模上升到10萬只，“這是產能的第一次突破”。如今產能從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，生產線也要標準化?！?014年，團隊正式啟動大規(guī)模培養(yǎng)生產階段。“以前不是問題的細節(jié)，現(xiàn)在都成為影響產量的關鍵，這也是產業(yè)化與實驗室研究最大的不同?！?/p>

監(jiān)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，我們希望這塊地方將會被全部清除掉?！鞭芍居聢F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，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?！懊總€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質量控制組完成，“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)，“有的話，就有一條條閃亮的帶子，沒有的話就是空白?！庇纱?，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?！?/p>

　　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?！钡掷m(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，沃爾巴克氏體技術應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?！?/p>

　　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，按照國家有關規(guī)定，沃爾巴克氏體技術應用成熟的鑒定，需要兩個現(xiàn)場實驗點成功后方可通過。兩年前，錢偉為團隊在農業(yè)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。

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、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、華南農業(yè)大學和南京農業(yè)大學等聯(lián)合組成，致力開發(fā)和應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業(yè)害蟲上的應用。

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和Plos Pathogens上；

　　獲得農業(yè)部頒發(fā)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，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，并設計生產用于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。