在澳大利亞北部釋放蚊子的最佳時間是上午。如果晚些時候，風可能會把昆蟲吹走，並粉碎它們找到配偶的任何希望。如果再早些，那些開著車釋放裝滿蚊子容器的工人就不得不拿到加班費。因此，在一個悶熱的澳大利亞夏季的1月早晨，我爬進我的白色廂型車，後座的特百惠杯子裡裝著數千只蚊子。
在2011年，我們每週一次，持續約三個月進行這樣的旅行來釋放蚊子。我們專注於凱恩斯市的兩個社群，這是一個靠近大堡礁的熱門旅遊景點。在每四戶同意參與我們研究的居民家中，我們會從廂型車裡拿出一杯蚊子，揭開蓋子，釋放大約50只昆蟲。
這些不是普通的蚊子。每一隻都感染了一種叫做沃爾巴克氏體的微生物，這是一種常見的細菌，生活在昆蟲細胞中。就我們的目的而言，沃爾巴克氏體最有趣的特徵是，它似乎可以阻止登革病毒在蚊子組織中複製。由於病毒無法複製，昆蟲就不會將其傳播給受害者，疾病也不會蔓延。
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用細菌感染蚊子是一種迂迴的對抗登革熱的方法，但我們這樣做是因為否則選擇很少。登革熱，因其引起的劇烈疼痛而被暱稱為“斷骨熱”，每年感染3.9億人。由於沒有治癒方法或治療方法，主要的策略一直是攻擊傳播病毒的蚊子埃及伊蚊。然而，常見的殺蟲劑如特滅磷已失去大部分效力，因為蚊子已經產生了抗藥性。蚊帳也幾乎沒用，因為埃及伊蚊通常在白天覓食。目前，阻止登革熱傳播——甚至可能是瘧疾和其他蚊媒疾病——最有希望的工具之一似乎是在野生蚊子中傳播沃爾巴克氏體。
沃爾巴克氏體並不是一種顯而易見的登革熱鬥士。它並非自然存在於最常傳播登革熱的蚊子中。我們實際上不得不在實驗室中人工感染這些蚊子。換句話說，我們使用沃爾巴克氏體來使蚊子對登革熱產生免疫力，然後將它們放歸野外，（我們希望）這些蚊子會將細菌傳給它們的後代。沃爾巴克氏體對蚊子和環境基本上是良性的，儘管它可能會降低昆蟲的產卵量。但對人類的潛在益處是顯而易見的：如果感染了沃爾巴克氏體的蚊子在野外成為優勢種群，我們預計人群中的登革熱感染率會下降。
害蟲防治
蚊子是地球上最致命的生物之一。黃熱病，也是由埃及伊蚊傳播的，在1898年的美西戰爭中奪走了比敵方火力更多的美軍士兵的生命。瘧疾，由蚊子體內寄生的寄生蟲傳播，僅在2012年就導致約62.7萬人死亡。現在，埃及伊蚊正在全球範圍內迅速傳播登革熱。據世界衛生組織稱，全球約有一半人口面臨感染該疾病的風險。埃及伊蚊，其腿上的白色條紋和胸部的琴狀圖案很容易辨認，可以在任何積水中繁殖，這使得它特別難以控制。這種蚊子分佈在世界各地的熱帶和亞熱帶氣候地區——非洲、美洲、地中海東部、東南亞和西太平洋地區。然而，登革熱並非自然發生在這些生物體內：蚊子是從我們這裡感染登革熱的。
登革熱感染的機制很簡單。雌性蚊子叮咬人類是因為它們需要我們血液中的蛋白質來產卵。（雄性蚊子不叮咬。）如果蚊子叮咬了登革熱患者——然後在病毒大約8到12天的複製期後，叮咬了其他人——它會將登革熱傳播給下一個受害者的血液中。然而，沃爾巴克氏體透過阻止複製發生來破壞這一過程。
沃爾巴克氏體最早於1924年在對家蚊的解剖過程中被發現。對這種細菌的興趣逐漸減弱，直到20世紀70年代，研究人員注意到在某些情況下，它可以阻止蚊卵孵化，這表明這種細菌可以用於昆蟲控制。在20世紀90年代，科學家們瞭解到，某些沃爾巴克氏體菌株還可以縮短昆蟲的壽命，這為限制昆蟲傳播疾病提供了另一種方法。
我在20世紀80年代中期作為博士生接觸到了沃爾巴克氏體。那時，我想知道我們是否可以用它來阻止蚊子傳播人類疾病。如果我們能稍微縮短蚊子的壽命，就可以大大降低昆蟲在人類中傳播疾病的能力。
當然，問題在於沃爾巴克氏體對埃及伊蚊缺乏親和力。這種細菌在高達60%的昆蟲物種中很常見——包括一些叮咬人類的蚊子——但感染不容易在物種之間傳播。挑戰在於找到一種方法，將不同菌株的沃爾巴克氏體從另一種昆蟲——果蠅——轉移到這種攜帶登革熱的蚊子中。這是一個繁瑣的過程，我們花了十多年的時間。
如何感染蚊子
想象一下，拿一根毛衣針戳進氣球裡。接下來，你必須在不戳破氣球的情況下取出針頭。這很好地概括了用沃爾巴克氏體感染蚊卵的過程。在實驗室裡，我的團隊使用顯微針從果蠅身上提取微生物，並直接注入到幼小的蚊卵中。起初，就像被毛衣針刺破的氣球一樣，卵會爆裂。我們嘗試了數千個卵，才獲得成功。
圖片來源：露西·雷丁-伊坎達
一旦我們成功地感染了蚊卵而沒有破壞它們，我們還有其他問題需要解決。沃爾巴克氏體通常會在蚊子繁殖一兩代後消失，這意味著這種細菌無法像我們希望的那樣在野外傳播。我們最終發現，我們必須在將微生物注入蚊子之前對其進行調節——讓這些習慣於生活在果蠅中的細菌適應它們的新宿主。為此，我們從果蠅中提取沃爾巴克氏體，然後在蚊子細胞系中培養它。2005年，我們終於成功了：我們用沃爾巴克氏體感染了蚊子，並觀察到它們將細菌代代相傳——總共13代。從那時起，沃爾巴克氏體在所有後續世代中都蓬勃發展。正如我們預期的那樣，至少有一種沃爾巴克氏體菌株縮短了埃及伊蚊的壽命。
然而，事實證明，沃爾巴克氏體在對抗登革熱方面比我們想象的還要好。出於我們尚未完全理解的原因，登革病毒很難在感染了沃爾巴克氏體的蚊子中生長。這是我們在成功地將沃爾巴克氏體移植到埃及伊蚊幾年後才弄清楚的，當時我參與的另一項獨立研究表明，在果蠅中，這種細菌還可以阻止果蠅C病毒的複製，這種病毒對果蠅是致命的。我的團隊將登革熱直接注入到我們的沃爾巴克氏體蚊子中，令我們高興的是，登革熱不再在它們的體內複製。我們多次重複了實驗——每次都有數十隻蚊子——並發現我們的結果是一致的。
如今，我們使用一種沃爾巴克氏體菌株，它可以阻止登革熱傳播，但不會縮短蚊子的壽命。畢竟，我們希望我們的蚊子儘可能長壽，併產下儘可能多的感染了沃爾巴克氏體的卵。自從我還是研究生的時候，我們就知道感染了沃爾巴克氏體的雌性蚊子幾乎會將細菌傳給它們的所有後代。在引入沃爾巴克氏體後，只需幾代，該區域幾乎每一隻野生蚊子都會攜帶這種細菌。
我們在澳大利亞北部進行的一項實驗表明，在每週每戶釋放約10只蚊子，持續10周後，該地區超過80%的野生蚊子攜帶了沃爾巴克氏體——而且當我們停止釋放蚊子兩個月後對它們進行測試時，它們仍然攜帶這種細菌。由於沃爾巴克氏體在後代中傳播得如此之好，我們不應該進行任何重複釋放。沃爾巴克氏體應該自行傳播。
進入野外
在我們可以將沃爾巴克氏體蚊子釋放到野外之前，我們必須解決社群中的許多擔憂。我們花了幾個月的時間挨家挨戶徵求在人們家附近釋放蚊子的許可。我們舉行了正式的資訊會議，以及在購物中心外的即興聊天。澳大利亞聯邦官員也在批准釋放感染蚊子之前檢查了我們的方法的安全性。
對人類而言，沃爾巴克氏體似乎沒有威脅。我們自己的實驗室實驗發現，這種細菌無法傳播給人類，因為它太大，無法透過蚊子的唾液管進入人體血液。我們還對人體志願者進行了安全測試，尋找抗體，但在蚊子叮咬志願者三年後，人類仍然沒有這種微生物的跡象。我們的實驗室工作人員和志願者經常捲起袖子，在蚊籠裡待15分鐘，讓昆蟲盡情吸血。
也沒有跡象表明沃爾巴克氏體會危害環境。自從我們在2011年開始釋放攜帶沃爾巴克氏體的蚊子以來，我們一直在研究遇到它們的動物和昆蟲，我們的工作再次證實，這種細菌僅存在於昆蟲和其他節肢動物的細胞內。此外，我們不認為沃爾巴克氏體即使設法進入人類或其他哺乳動物的血液中也能存活下來。事實上，沃爾巴克氏體已經存在於許多其他蚊子種類中，包括許多經常叮咬人類的蚊子。對吃過沃爾巴克氏體蚊子的蜘蛛和壁虎進行的測試表明，接觸後沒有不良影響，並且在這些動物的組織中沒有這種細菌的跡象。
在2011年首次釋放沃爾巴克氏體蚊子之前，我們委託澳大利亞國家科學機構聯邦科學與工業研究組織（CSIRO）進行了一項獨立的風險評估。專家組識別並評估了與釋放沃爾巴克氏體蚊子相關的潛在危害，從可能對生態產生的影響到對社群的影響。該機構仔細審查了現有研究，並採訪了進化生物學專家。涉及棘手的問題：蚊子密度的變化、登革病毒進化的可能性、叮咬蚊子數量增加的滋擾以及社群對與登革熱相關的風險的看法變化。但CSIRO的最終報告得出結論，釋放沃爾巴克氏體蚊子對人類和環境的風險可忽略不計——這是可能的最低評級。
沃爾巴克氏體走向全球
除了我們過去四年在澳大利亞進行的野外試驗外，越南和印度尼西亞也在進行試驗。去年9月，我們也開始在巴西釋放蚊子。我們發現沃爾巴克氏體可以在小社群的野生蚊子種群中建立自身。現在我們打算在更大的範圍內嘗試做同樣的事情。擴大我們的運營規模可能需要在我們的方法上進行一些調整。例如，飼養足夠多的成年沃爾巴克氏體蚊子將過於勞動密集型。在凱恩斯，我們正在測試將沃爾巴克氏體蚊卵放入環境中的有效性。
與此同時，其他研究人員正在開發蚊子控制的替代方法。其中一種方法是釋放經過基因改造的雄性蚊子，使雄性蚊子的精子細胞攜帶致命基因。當這些蚊子與野外的雌性蚊子交配時，它們的後代會死亡。這種方法具有創新性和潛在的強大功能，但它也可能成本高昂。為了在大規模上有效，可能需要不斷釋放改造後的蚊子；否則，來自周圍地區的未改造蚊子會遷移到該區域並補充種群。轉基因蚊子的使用也面臨著來自基因改造批評者的強烈反對。
相比之下，基於沃爾巴克氏體的登革熱控制成本是前期投入的：在對感染細菌的蚊子進行初始投資後，該過程將自行進行。這可能是一種相對廉價的應對登革熱的方法，這在疾病最流行的貧窮熱帶國家尤為重要。我們方法的另一個好處是它不涉及基因改造——儘管由於需要確保社群安全的工作，它仍然花了數年時間才啟動。
我們仍然面臨一個重大的障礙：衡量當我們將沃爾巴克氏體引入社群時登革熱的減少程度。這一步將非常困難，原因有幾個。在我們工作的地區，關於登革熱病例的可靠資料在很大程度上不存在，而且感染率每年可能差異很大。為了確立我們方法的有效性，我們需要比較我們釋放了沃爾巴克氏體蚊子的地區的登革熱發病率與我們沒有釋放蚊子的地區的登革熱發病率。這樣做將需要採集大量的血液樣本，這將是費力的。
然而，我們相信這項工作將是值得的，而且不僅是為了對抗登革熱。這些蚊子——或者更確切地說是它們體內的微生物——也顯示出對抗其他疾病的希望。我們已經看到證據表明，沃爾巴克氏體也可能降低蚊子傳播基孔肯雅熱的能力，基孔肯雅熱於去年7月首次出現在美國大陸，還有黃熱病。研究人員還在嘗試使用感染了沃爾巴克氏體的蚊子來減緩瘧疾和淋巴絲蟲病的傳播，淋巴絲蟲病是一種由蠕蟲引起的嚴重致殘疾病。
新的觀察結果令人興奮。然而，目前，我們小組將繼續專注於評估該方法對抗登革熱的效果。這是我們最初開始研究的地方，也是我們最接近看到實際影響的地方。我們希望有一天，蚊子叮咬只會留下一個癢癢的腫塊，而不會有更嚴重的後果。