◎王四寶

想必大家都收到過來自蚊子的“紅包”。蚊子的叮咬不僅給我們造成皮膚局部的瘙癢，有時候它會傳播80多種疾病。比如瘧疾，還有我們最近幾年聽到很恐怖的小頭癥的寨卡病毒，一些登革病毒，還有我們每個人可能都感染過的乙型腦炎。在這么多的疾病當(dāng)中，每年導(dǎo)致了人類的死亡人數(shù)有70多萬人。這里面包括瘧疾和一些登革病毒的病例，因此蚊子被稱為世界上最致命的動物。

我們怎么知道這些蚊子會傳播什么疾病呢？比如，有些蚊子喜歡白天干活晚上休息，有一種蚊子叫伊蚊，也叫花斑蚊。它一般傳播一些寨卡病毒、登革病毒。有些蚊子晚上滋擾我們，像一些按蚊、庫蚊。庫蚊也叫家蚊，是在家庭里面最常見的蚊子。因?yàn)榘次脗鞑ク懠?，所以說它是最危險的一種生物。

在各種蚊蟲傳播的疾病當(dāng)中，我們知道瘧疾最為嚴(yán)重。為什么呢？ 因?yàn)槊磕昕梢詫?dǎo)致2億到3億人發(fā)病，死亡的人數(shù)大約有60萬人。我們現(xiàn)在很清楚，瘧疾是由瘧原蟲這樣的寄生蟲感染引起的，由雌性的按蚊通過叮咬吸血在人群中進(jìn)行傳播。癥狀主要有三點(diǎn)：發(fā)冷、發(fā)熱、出汗。染上瘧疾的病人一旦發(fā)冷，即使在夏天也要蓋幾床被子。從文獻(xiàn)記載推測，瘧疾是一種古老的疾病，已經(jīng)存在4000多年了?，F(xiàn)在科技這么發(fā)達(dá)，瘧疾依然對全世界造成嚴(yán)重威脅，這也從一個側(cè)面可以看出，瘧疾是一種比較復(fù)雜的傳染病。

人類和瘧疾斗爭了4000多年，漫長而艱苦。與瘧疾相關(guān)的研究五次獲得諾貝爾獎。比如說拉維倫，他首次發(fā)現(xiàn)瘧疾是由瘧原蟲感染引起的。羅斯發(fā)現(xiàn)瘧疾是由蚊子傳播的（而過去，全世界的人都認(rèn)為，瘧疾就是一種臟氣，就是由骯臟的空氣引起的）。后來米勒發(fā)現(xiàn)了強(qiáng)效殺蚊劑DDT。我國的屠呦呦教授，因?yàn)樵诳汞懰幬锴噍锼匮芯恐械耐怀鲐暙I(xiàn)，在2015年也獲得了諾貝爾獎。盡管如此，瘧疾仍然威脅著人類的健康，充分說明其嚴(yán)重性以及挑戰(zhàn)性。

據(jù)去年世界瘧疾報(bào)告病例顯示，瘧疾的感染數(shù)量出現(xiàn)了反彈。報(bào)告顯示：2016年比2015年的數(shù)據(jù)多了500萬，回升到了2012年的水平。我國也曾經(jīng)受到蚊子傳播瘧疾的影響，過去很多地區(qū)都發(fā)生過瘧疾，每年都有很多人死亡，對我國人口的健康造成威脅。經(jīng)過積極防治，最近幾年得到了較好的控制。

我們中國人到非洲、東南亞去旅游，去務(wù)工，等等，被感染之后，回到國內(nèi)發(fā)病，我們稱之為輸入性病例。最近幾年每年都有三四千例，因此可以說瘧疾是一種無國界的傳染病，每個國家都不能獨(dú)善其身。

既然蚊子是瘧疾的幕后推手，如果我們把蚊子趕盡殺絕，是不是就萬事大吉了呢？事實(shí)上在米勒合成了DDT以后，在20世紀(jì)50年代到60年代，人們就想用這種化學(xué)武器來簡單粗暴地大肆撲滅蚊子。使用之后人們發(fā)現(xiàn)，大量地使用化學(xué)農(nóng)藥不僅沒有把蚊子消滅，同時還引起了蚊子抗性的產(chǎn)生，也對我們的生態(tài)環(huán)境以及對蚊子的一些天敵昆蟲等都造成了傷害。這說明，蚊子在生態(tài)系統(tǒng)或食物鏈中占有非常重要的地位。如果我們把蚊子趕盡殺絕，可能會導(dǎo)致生態(tài)災(zāi)難。因?yàn)樵跓釒в炅?、森林中，還有很多以蚊子孑孓為食物的幾百種的魚類將會失去食物。還有一些以蚊子為食物的昆蟲、青蛙、鳥類、蜥蜴、蠑螈……很多有益的生物都會失去一個重要的食物。因此，要想通過消滅蚊子來根除瘧疾顯得不太可能。人類也要在認(rèn)識自然的過程中，不斷地去反思，我們可能需要和蚊子和平共存。

得了瘧疾之后，一種治療手段就是被動地服用抗瘧藥。青蒿素是目前在世界上控制瘧疾最為有效的藥物。但不幸的是，瘧原蟲太聰明了。2008年開始，在柬埔寨發(fā)現(xiàn)了惡性瘧原蟲對青蒿素產(chǎn)生了抗性。最近幾年，在東南亞周邊的國家已經(jīng)發(fā)生了蔓延。因此，面對蚊蟲和瘧原蟲抗性的產(chǎn)生，還沒有有效的疫苗，我們急需要研發(fā)新的控制瘧疾的手段。那么，怎樣去改變過去的思路，發(fā)展顛覆傳統(tǒng)的新策略呢？

最近幾年，我們根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)實(shí)施了一個控制、阻斷瘧疾傳播的新的策略，就是利用蚊子腸道里的細(xì)菌來阻斷瘧疾傳播。這樣，在不殺滅蚊子的情況下就可以阻斷瘧疾。既解決了生態(tài)環(huán)境的問題，也控制了疾病。

對蚊子來說，蚊子感染瘧原蟲，它自己也是一個受害者。蚊子吃了一口只有幾微升的血液，大約就有1萬個瘧原蟲到它的腸道里去，瘧原蟲雌雄交配，通過一系列發(fā)育，在18到20個小時之后，瘧原蟲變成了動合子，它就可以運(yùn)動，可以侵入到蚊子的中腸細(xì)胞里去。1萬個瘧原蟲有多少個能夠成功地侵入到細(xì)胞？一般在野外僅有5個，所以大量的瘧原蟲在蚊子腸道里被消滅掉了。打蛇要打七寸，因此蚊子的腸道是我們圍剿并全殲瘧原蟲的最佳的戰(zhàn)場。當(dāng)把蚊子腸道打開之后，就會發(fā)現(xiàn)里面除了瘧原蟲，還有很多很多的細(xì)菌。我們發(fā)現(xiàn)，在蚊子吸血的時候，這個細(xì)菌也會利用血液豐富的營養(yǎng)進(jìn)行大量的增殖。因此我們就想，為什么不用這個蚊子腸道的朋友——細(xì)菌，來讓它產(chǎn)生一些殺瘧原蟲的藥物？

把瘧原蟲阻斷在蚊子的腸道里不就可以阻斷瘧疾傳播了嗎？于是，我們選擇了一個在蚊子腸道里面比較普遍的細(xì)菌。這個細(xì)菌必須要具有以下幾個特點(diǎn)：第一，它可以穩(wěn)定定植在腸道里面；第二，可以在體外培養(yǎng)，可以用人工的培養(yǎng)基生長起來；第三，可以通過基因的手段進(jìn)行操作；第四，我們要有殺瘧原蟲的藥物的基因；第五，對這個細(xì)菌進(jìn)行武裝，讓它變成抗瘧的戰(zhàn)士，去蚊子腸道里把瘧原蟲給殲滅掉。

通過兩到三年的時間，我們找到了一種叫成團(tuán)泛菌的細(xì)菌。我們把大腸桿菌里面的一些表達(dá)的系統(tǒng)通過合成生物學(xué)的手段導(dǎo)入到表達(dá)抗瘧的成團(tuán)泛菌，通過實(shí)驗(yàn)證明它能非常有效地在蚊子腸道里把瘧原蟲殺滅掉。我們的這個實(shí)驗(yàn)結(jié)果就發(fā)表在《美國科學(xué)院院報(bào)》上。這個實(shí)驗(yàn)的意義在于，我們首次通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了，利用腸道細(xì)菌來阻斷蚊子傳播瘧疾這個思路的有效性。

雖然成果已經(jīng)發(fā)表，但如何把實(shí)驗(yàn)室里面的基礎(chǔ)研究推向應(yīng)用呢？

我們當(dāng)時遇到一個非常嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。如果我們能夠找到一種細(xì)菌，它可以通過蚊子產(chǎn)卵進(jìn)行垂直傳播，這個挑戰(zhàn)可能就迎刃而解了。想的簡單，但是如何去獲得這樣的細(xì)菌呢？現(xiàn)在講起來，我們是在研究過程中偶然發(fā)現(xiàn)的一個成果。

有一次，我在顯微鏡下解剖蚊子的卵巢的時候，發(fā)現(xiàn)這個卵巢似乎被一種細(xì)菌感染了?；诙嗄甑乃伎家约把芯康慕?jīng)歷，我認(rèn)為這個卵巢上附著的細(xì)菌具有重大的意義。因?yàn)?，卵巢上附著的?xì)菌就有可能通過蚊子的產(chǎn)卵傳播給下一代。為了證明這個細(xì)菌的重要性，為了標(biāo)記這個細(xì)菌，我們把綠色熒光的蛋白基因?qū)氲郊?xì)菌里面，這樣在顯微鏡或者在蟲體里面我們就可以去追蹤，就可以很容易地看到它。我們后續(xù)的實(shí)驗(yàn)，證明了這個綠色熒光標(biāo)記的細(xì)菌，可以進(jìn)入到雄蚊子的附腺里，且雄蚊在交配的過程中，可以通過精液把這個細(xì)菌傳播給雌蚊；也證明了綠色熒光的細(xì)菌，可以附著在蚊子的卵巢里面。

我們做了一個大籠子，里面放了5%的攜帶綠色熒光蛋白的雄蚊，5%的攜帶紅色標(biāo)記的細(xì)菌的雌蚊。通過讓蚊子交配產(chǎn)卵，飼養(yǎng)幼紋、成蚊，我們發(fā)現(xiàn)，百分之百的幼蚊和成蚊都攜帶了帶有熒光標(biāo)記的細(xì)菌。從而證明了這個細(xì)菌可以在一代至少是5%的接種率，就可以傳播到100%的下一代蚊蟲里面。垂直和水平傳播能力細(xì)菌的發(fā)現(xiàn)，為我們將來表達(dá)抗瘧基因成為一個非常完美的載體，有望解決把抗瘧基因擴(kuò)散到整個蚊群中這個世界性的難題。

我們知道，蚊子腸道的細(xì)菌大部分都是革蘭氏陰性菌，它的細(xì)胞壁比較厚。我們要在蚊子的腸道里表達(dá)一些抗瘧的基因，讓它的產(chǎn)物出來，就像導(dǎo)彈要出鞘。在革蘭氏陰性菌里面表達(dá)一個蛋白，比如綠色熒光蛋白很容易，但是你要讓這個細(xì)菌去表達(dá)分泌到細(xì)菌細(xì)胞的胞外就是非常難的。

后來，我們很幸運(yùn)地找到了“血紅素結(jié)合蛋白”，利用一個分泌系統(tǒng)可以把這個表達(dá)的外源，這個基因的產(chǎn)物分泌出去，叫AS1細(xì)菌。我們通過基因改造讓它同時串聯(lián)表達(dá)五種不同的抗瘧基因，這些基因殺瘧原蟲的機(jī)制也是不一樣的。瘧原蟲能同時對五種抗瘧的藥物產(chǎn)生抗性應(yīng)該是有一定難度的。

我們發(fā)現(xiàn)蚊子的腸道有一種蛋白酶叫胰蛋白酶，這個胰蛋白酶它專門切割一個位點(diǎn)，叫精氨酸和賴氨酸的位點(diǎn)。有了這個好武器，我們把這個細(xì)菌放在LB培養(yǎng)基里去培養(yǎng)，經(jīng)過七八個小時，我們再收集細(xì)菌的菌體，把它加到5%的蔗糖溶液里，再把蔗糖溶液加到棉球里來飼喂蚊子。蚊子獲得了表達(dá)“五個彈頭”的抗瘧細(xì)菌后，我們再讓蚊子去感染瘧原蟲的血，然后再進(jìn)一步地去解剖蚊子的中腸。我們發(fā)現(xiàn)，這個多彈頭的細(xì)菌，可以有效地將瘧原蟲阻斷在蚊子的腸道里。因此，這個方法不僅能夠在蚊子腸道里有效地阻斷瘧疾傳播，而且可以攻克抗瘧基因和抗瘧細(xì)菌擴(kuò)散到整個蚊群的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

我們這個思路，不僅對于阻斷瘧疾傳播有很好的應(yīng)用前景，同時對蚊子傳播登革熱、寨卡，以及其他的蚊媒病控制，都有很好的借鑒作用。針對瘧疾的控制，沒有靈丹妙藥，沒有一種措施是萬全之策。在這里還要強(qiáng)調(diào)，我們不僅會應(yīng)用這個基因改造的細(xì)菌，同時也要利用一些控制蚊蟲的手段。我們現(xiàn)在也在研發(fā)一些天然的蚊蟲的生物殺蟲劑，也要創(chuàng)新研發(fā)更好的抗瘧的藥物，還要研發(fā)一些抗瘧的疫苗。

面對瘧疾的挑戰(zhàn)性和它的難度，要根除瘧疾，我們?nèi)沃氐肋h(yuǎn)。我們不僅要有賴于瘧疾科技的發(fā)展，也要不斷地去創(chuàng)新，發(fā)展新的工具和新的手段，同時綜合過去和未來的一些新的工具。最后一點(diǎn)，也是最為重要的：根除瘧疾，需要全球的努力！