最危险的生物

◎王四宝

想必大家都收到过来自蚊子的“红包”。蚊子的叮咬不仅给我们造成皮肤局部的瘙痒，有时候它会传播80多种疾病。比如疟疾，还有我们最近几年听到很恐怖的小头症的寨卡病毒，一些登革病毒，还有我们每个人可能都感染过的乙型脑炎。在这么多的疾病当中，每年导致了人类的死亡人数有70多万人。这里面包括疟疾和一些登革病毒的病例，因此蚊子被称为世界上最致命的动物。

我们怎么知道这些蚊子会传播什么疾病呢？比如，有些蚊子喜欢白天干活晚上休息，有一种蚊子叫伊蚊，也叫花斑蚊。它一般传播一些寨卡病毒、登革病毒。有些蚊子晚上滋扰我们，像一些按蚊、库蚊。库蚊也叫家蚊，是在家庭里面最常见的蚊子。因为按蚊传播疟疾，所以说它是最危险的一种生物。

在各种蚊虫传播的疾病当中，我们知道疟疾最为严重。为什么呢？ 因为每年可以导致2亿到3亿人发病，死亡的人数大约有60万人。我们现在很清楚，疟疾是由疟原虫这样的寄生虫感染引起的，由雌性的按蚊通过叮咬吸血在人群中进行传播。症状主要有三点：发冷、发热、出汗。染上疟疾的病人一旦发冷，即使在夏天也要盖几床被子。从文献记载推测，疟疾是一种古老的疾病，已经存在4000多年了。现在科技这么发达，疟疾依然对全世界造成严重威胁，这也从一个侧面可以看出，疟疾是一种比较复杂的传染病。

人类和疟疾斗争了4000多年，漫长而艰苦。与疟疾相关的研究五次获得诺贝尔奖。比如说拉维伦，他首次发现疟疾是由疟原虫感染引起的。罗斯发现疟疾是由蚊子传播的（而过去，全世界的人都认为，疟疾就是一种脏气，就是由肮脏的空气引起的）。后来米勒发现了强效杀蚊剂DDT。我国的屠呦呦教授，因为在抗疟药物青蒿素研究中的突出贡献，在2015年也获得了诺贝尔奖。尽管如此，疟疾仍然威胁着人类的健康，充分说明其严重性以及挑战性。

据去年世界疟疾报告病例显示，疟疾的感染数量出现了反弹。报告显示：2016年比2015年的数据多了500万，回升到了2012年的水平。我国也曾经受到蚊子传播疟疾的影响，过去很多地区都发生过疟疾，每年都有很多人死亡，对我国人口的健康造成威胁。经过积极防治，最近几年得到了较好的控制。

我们中国人到非洲、东南亚去旅游，去务工，等等，被感染之后，回到国内发病，我们称之为输入性病例。最近几年每年都有三四千例，因此可以说疟疾是一种无国界的传染病，每个国家都不能独善其身。

既然蚊子是疟疾的幕后推手，如果我们把蚊子赶尽杀绝，是不是就万事大吉了呢？事实上在米勒合成了DDT以后，在20世纪50年代到60年代，人们就想用这种化学武器来简单粗暴地大肆扑灭蚊子。使用之后人们发现，大量地使用化学农药不仅没有把蚊子消灭，同时还引起了蚊子抗性的产生，也对我们的生态环境以及对蚊子的一些天敌昆虫等都造成了伤害。这说明，蚊子在生态系统或食物链中占有非常重要的地位。如果我们把蚊子赶尽杀绝，可能会导致生态灾难。因为在热带雨林、森林中，还有很多以蚊子孑孓为食物的几百种的鱼类将会失去食物。还有一些以蚊子为食物的昆虫、青蛙、鸟类、蜥蜴、蝾螈……很多有益的生物都会失去一个重要的食物。因此，要想通过消灭蚊子来根除疟疾显得不太可能。人类也要在认识自然的过程中，不断地去反思，我们可能需要和蚊子和平共存。

得了疟疾之后，一种治疗手段就是被动地服用抗疟药。青蒿素是目前在世界上控制疟疾最为有效的药物。但不幸的是，疟原虫太聪明了。2008年开始，在柬埔寨发现了恶性疟原虫对青蒿素产生了抗性。最近几年，在东南亚周边的国家已经发生了蔓延。因此，面对蚊虫和疟原虫抗性的产生，还没有有效的疫苗，我们急需要研发新的控制疟疾的手段。那么，怎样去改变过去的思路，发展颠覆传统的新策略呢？

最近几年，我们根据自己的经验实施了一个控制、阻断疟疾传播的新的策略，就是利用蚊子肠道里的细菌来阻断疟疾传播。这样，在不杀灭蚊子的情况下就可以阻断疟疾。既解决了生态环境的问题，也控制了疾病。

对蚊子来说，蚊子感染疟原虫，它自己也是一个受害者。蚊子吃了一口只有几微升的血液，大约就有1万个疟原虫到它的肠道里去，疟原虫雌雄交配，通过一系列发育，在18到20个小时之后，疟原虫变成了动合子，它就可以运动，可以侵入到蚊子的中肠细胞里去。1万个疟原虫有多少个能够成功地侵入到细胞？一般在野外仅有5个，所以大量的疟原虫在蚊子肠道里被消灭掉了。打蛇要打七寸，因此蚊子的肠道是我们围剿并全歼疟原虫的最佳的战场。当把蚊子肠道打开之后，就会发现里面除了疟原虫，还有很多很多的细菌。我们发现，在蚊子吸血的时候，这个细菌也会利用血液丰富的营养进行大量的增殖。因此我们就想，为什么不用这个蚊子肠道的朋友——细菌，来让它产生一些杀疟原虫的药物？

把疟原虫阻断在蚊子的肠道里不就可以阻断疟疾传播了吗？于是，我们选择了一个在蚊子肠道里面比较普遍的细菌。这个细菌必须要具有以下几个特点：第一，它可以稳定定植在肠道里面；第二，可以在体外培养，可以用人工的培养基生长起来；第三，可以通过基因的手段进行操作；第四，我们要有杀疟原虫的药物的基因；第五，对这个细菌进行武装，让它变成抗疟的战士，去蚊子肠道里把疟原虫给歼灭掉。

通过两到三年的时间，我们找到了一种叫成团泛菌的细菌。我们把大肠杆菌里面的一些表达的系统通过合成生物学的手段导入到表达抗疟的成团泛菌，通过实验证明它能非常有效地在蚊子肠道里把疟原虫杀灭掉。我们的这个实验结果就发表在《美国科学院院报》上。这个实验的意义在于，我们首次通过实验证实了，利用肠道细菌来阻断蚊子传播疟疾这个思路的有效性。

虽然成果已经发表，但如何把实验室里面的基础研究推向应用呢？

我们当时遇到一个非常严峻的挑战。如果我们能够找到一种细菌，它可以通过蚊子产卵进行垂直传播，这个挑战可能就迎刃而解了。想的简单，但是如何去获得这样的细菌呢？现在讲起来，我们是在研究过程中偶然发现的一个成果。

有一次，我在显微镜下解剖蚊子的卵巢的时候，发现这个卵巢似乎被一种细菌感染了。基于多年的思考以及研究的经历，我认为这个卵巢上附着的细菌具有重大的意义。因为，卵巢上附着的细菌就有可能通过蚊子的产卵传播给下一代。为了证明这个细菌的重要性，为了标记这个细菌，我们把绿色荧光的蛋白基因导入到细菌里面，这样在显微镜或者在虫体里面我们就可以去追踪，就可以很容易地看到它。我们后续的实验，证明了这个绿色荧光标记的细菌，可以进入到雄蚊子的附腺里，且雄蚊在交配的过程中，可以通过精液把这个细菌传播给雌蚊；也证明了绿色荧光的细菌，可以附着在蚊子的卵巢里面。

我们做了一个大笼子，里面放了5%的携带绿色荧光蛋白的雄蚊，5%的携带红色标记的细菌的雌蚊。通过让蚊子交配产卵，饲养幼纹、成蚊，我们发现，百分之百的幼蚊和成蚊都携带了带有荧光标记的细菌。从而证明了这个细菌可以在一代至少是5%的接种率，就可以传播到100%的下一代蚊虫里面。垂直和水平传播能力细菌的发现，为我们将来表达抗疟基因成为一个非常完美的载体，有望解决把抗疟基因扩散到整个蚊群中这个世界性的难题。

我们知道，蚊子肠道的细菌大部分都是革兰氏阴性菌，它的细胞壁比较厚。我们要在蚊子的肠道里表达一些抗疟的基因，让它的产物出来，就像导弹要出鞘。在革兰氏阴性菌里面表达一个蛋白，比如绿色荧光蛋白很容易，但是你要让这个细菌去表达分泌到细菌细胞的胞外就是非常难的。

后来，我们很幸运地找到了“血红素结合蛋白”，利用一个分泌系统可以把这个表达的外源，这个基因的产物分泌出去，叫AS1细菌。我们通过基因改造让它同时串联表达五种不同的抗疟基因，这些基因杀疟原虫的机制也是不一样的。疟原虫能同时对五种抗疟的药物产生抗性应该是有一定难度的。

我们发现蚊子的肠道有一种蛋白酶叫胰蛋白酶，这个胰蛋白酶它专门切割一个位点，叫精氨酸和赖氨酸的位点。有了这个好武器，我们把这个细菌放在LB培养基里去培养，经过七八个小时，我们再收集细菌的菌体，把它加到5%的蔗糖溶液里，再把蔗糖溶液加到棉球里来饲喂蚊子。蚊子获得了表达“五个弹头”的抗疟细菌后，我们再让蚊子去感染疟原虫的血，然后再进一步地去解剖蚊子的中肠。我们发现，这个多弹头的细菌，可以有效地将疟原虫阻断在蚊子的肠道里。因此，这个方法不仅能够在蚊子肠道里有效地阻断疟疾传播，而且可以攻克抗疟基因和抗疟细菌扩散到整个蚊群的关键挑战。

我们这个思路，不仅对于阻断疟疾传播有很好的应用前景，同时对蚊子传播登革热、寨卡，以及其他的蚊媒病控制，都有很好的借鉴作用。针对疟疾的控制，没有灵丹妙药，没有一种措施是万全之策。在这里还要强调，我们不仅会应用这个基因改造的细菌，同时也要利用一些控制蚊虫的手段。我们现在也在研发一些天然的蚊虫的生物杀虫剂，也要创新研发更好的抗疟的药物，还要研发一些抗疟的疫苗。

面对疟疾的挑战性和它的难度，要根除疟疾，我们任重道远。我们不仅要有赖于疟疾科技的发展，也要不断地去创新，发展新的工具和新的手段，同时综合过去和未来的一些新的工具。最后一点，也是最为重要的：根除疟疾，需要全球的努力！