新加坡对抗蚊媒疾病的新计划：感染细菌的虫子

本文最初刊登于 Undark。

在新加坡国家环境局，超过一百万只蚊子在一间散发着发酵糖气味的繁殖室里嗡嗡作响。在野外，雄性蚊子不会叮咬，以植物汁液为食，但在这里，它们以糖水为食。与此同时，雌性蚊子则在半浸在水盘中的纸条上产卵。每周，该设施内的蚊子会产下 2400 万个微小的黑色卵。

美国国家环境局的蚊子全都是埃及伊蚊，这种蚊子可以向人类传播病毒，包括登革热。登革热是一种日益严重的全球威胁，据估计，每年有 1 亿至 4 亿人感染登革热，约 21,000 人因此丧命。然而，这些圈养的蚊子没有疾病，它们被培育出来以阻止病毒性疾病的传播。具体来说，美国国家环境局实验室里的蚊子感染了一种名为沃尔巴克氏体的细菌，它们会将这种细菌传给下一代蚊子。

沃尔巴克氏菌在自然界中无处不在：多达 60% 的昆虫物种都携带这种细菌，从蝴蝶和黄蜂到蜜蜂、蜻蜓和某些蚊子。然而，这种细菌并不自然地存在于埃及伊蚊中。当科学家用沃尔巴克氏菌感染埃及伊蚊时，这种昆虫就不再容易将登革热传播给人类。此外，在某些情况下，这种细菌还会干扰蚊子的繁殖能力。（这些变化背后的确切机制尚不完全清楚。）

十多年来，基于沃尔巴克氏体的昆虫控制方案已在全球各国使用，在许多情况下，它们降低了蚊子相关疾病的发病率。但科学家们仍在研究如何最好地大规模应用这些方法。感染沃尔巴克氏体的昆虫很难大规模生产，NEA 的研究人员已将一些以前手工完成的步骤自动化。即便如此，要覆盖“生活在 100 多个国家数万个城镇的数十亿面临登革热风险的人们”仍将非常困难，非营利组织世界蚊子计划的生产开发和供应总监 Jérémie Gilles 在给 Undark 的电子邮件回复中说道。

WMP 和其他研究机构采用另一种基于沃尔巴克氏体的方法，这种方法不需要大量实验室培育昆虫。到目前为止，这种方法既有效又经济，但需要更多时间来监测长期结果，包括登革热可能进化出逃避这种细菌的可能性。

尽管面临诸多挑战，新加坡官员仍愿意尝试使用沃尔巴克氏体来对抗登革热——登革热是这个人口稠密的城市国家的常见疾病，为埃及伊蚊提供了完美的繁殖地，而埃及伊蚊喜欢城市环境和温暖的气候。新加坡国家环境局几十年来一直在与这种病毒作斗争：喷洒杀虫剂、建议人们避免被蚊子叮咬、提供防止蚊子在家中繁殖的详细说明，并对不遵守规定的人处以罚款。然而，专家表示，所有这些努力都像在追赶失控的火车，这就是政府转向沃尔巴克氏体的原因。

自 2016 年以来，新加坡国家环境局的科学家一直在新加坡各地释放携带沃尔巴克氏体的雄性蚊子。尽管该项目开始时规模很小，但到 2019 年，新加坡国家环境局每周释放的蚊子多达 200 万只。由于自动化，到 2022 年，这一数字将增加到每周 500 万只。到目前为止，在干预地点，这已导致野生埃及伊蚊种群数量大幅减少，登革热发病率也大幅下降。

一旦蚊子在蚊子繁殖室产卵，美国国家环境署的研究人员就会把数百万个小黑点搬到走廊尽头的孵化场——孵化场里光线明亮、炎热潮湿，散发着鱼腥味。这些卵被放在装满水的小托盘里，等待孵化成幼虫。

新加坡通过向社区释放感染沃尔巴克氏体的雄性蚊子，遵循了一项旨在抑制本地蚊子数量的协议。当这些雄性蚊子与当地没有感染沃尔巴克氏体的雌性蚊子交配时，雌性蚊子会产下不会孵化的卵，随着时间的推移，蚊子的数量就会减少。这种抑制方法很棘手。事实上，由于尚不清楚的原因，当双方都感染沃尔巴克氏体时，蚊子可以成功繁殖。为了防止这种情况发生，国家环境局的科学家在释放雄蚊之前会将雌蚊与雄蚊分开。

但首先，需要对幼虫进行计数，并将其转移到带有更大托盘的架子上，每个托盘精确容纳 26,000 只幼虫。准确的数量对于保持饲养条件恒定非常重要，最初，NEA 工作人员会手动计算所有孵化的幼虫。NEA 高级研究员邓璐说，一名眼尖的实验室助理花了两个小时才数出 4,000 只幼虫。现在，计数是自动化的：将数百万只幼虫倒入机器中，几分钟内它就会数出装满一个托盘所需的 26,000 只幼虫。

一旦进入新的、更大的托盘，幼虫就会被放在 80 华氏度的水温下，并喂食由鱼粉、碳水化合物和脂肪（因此有气味）组成的定制混合物。在自然界中，雄性蛹通常比雌性小，但差别并不大，很难区分雄性和雌性。为了解决这个问题，并使按性别区分更容易一些，国家环境署的科学家已经完善了幼虫饲养过程。邓说，饮食、温度和湿度必须保持完全恒定，以确保雌性和雄性最终的体型尽可能不同。

过去，将雄性和雌性蛹分开也需要手工完成，这项工作既繁琐又容易出错。然而，现在，国家能源局的科学家们得到了另一项新技术的帮助：蛹性别分选器。在这里，这个过程从扫描一批蛹开始——基本上就是给每个蛹拍照并收集其测量值。然后，基于人工智能的计算机系统将绘制一种称为分布曲线的图表。如果到目前为止一切都做得正确，屏幕上的图表将显示两个明显分开的峰值：左侧的小向上曲线表示雄性，右侧的另一个较大的凸起表示雌性。

通过测量两个峰之间的距离，科学家可以计算出特定蚊子批次中雌雄蚊子的大小差异。邓说：“在这批蚊子中，雌雄蚊子之间的距离约为 200 微米。所以我们实际上可以进行雌雄分离。”根据 200 微米的距离，他拿起一个只能让较小的蛹通过的筛子，并将其插入分选机，这是一个形状像迷你冰箱的白色机器。将蛹倒入后，雌蚊子会留在筛子上，而雄蚊子会穿过筛子进入下面的容器中。整个过程大约需要 10 到 12 分钟。

新加坡并不是唯一一个通过释放感染沃尔巴克氏体的雄蚊来对抗登革热的国家。Verily Life Sciences（前身为谷歌生命科学公司）运营的一家工厂在加利福尼亚州弗雷斯诺市的试验中培育了释放的雄蚊，该工厂每周可生产近 300 万只雄蚊，同时还借助了人工智能和自动化技术。中国广州的全球最大蚊子工厂产量甚至可达到这个水平的 10 倍。

自动化和人工智能可能让一些实验室能够生产出大量蚊子，但这些工具并不便宜。（国家环境局不愿透露其预算。）这就是为什么许多努力使用另一种基于沃尔巴克氏体的方法，即所谓的种群替换，这种方法不需要性别分类，而且可以使用更少的工厂繁殖蚊子。这种方法旨在用无法传播登革热的蚊子种群取代本地种群。

科学家首先让雄蚊和雌蚊感染沃尔巴克氏体。由于科学家目前尚不清楚的原因，这种细菌会削弱雌蚊传播某些病毒（包括登革热）的能力。在印度尼西亚日惹市进行的一项非随机研究表明，在启动人口替代方案两年后，干预地区的登革热发病率与对照区相比下降了 73%。在巴西进行的一项类似研究显示，登革热发病率下降了 69%，另一种名为基孔肯雅病毒的病例减少了 56%。

尽管雄蚊不叮咬人，因此无法传播登革热，但让雄蚊感染沃尔巴克氏体并将它们与受感染的雌蚊一起释放仍然很重要。当沃尔巴克氏体雄蚊与野生无感染雌蚊交配时，卵不会孵化，随着时间的推移，无感染雌蚊的数量会越来越少，无法与实验室培育的雌蚊竞争。同时，当沃尔巴克氏体雌蚊与野生和实验室培育的雄蚊交配时，卵会孵化，后代将携带沃尔巴克氏体。人们希望，最终本土埃及伊蚊种群将由感染该细菌的个体组成。

这使得该方法比新加坡的方法更简单，因为不需要进行性别分类。

此外，种群替换需要的实验室培育蚊子数量要少得多。格拉斯哥大学微生物学和热带医学教授史蒂文·辛金斯说：“我们的目标是让沃尔巴克氏体扩散到该种群中，而不是抑制它，因此需要释放的蚊子数量比只使用雄性的抑制计划要少一个数量级。”

在日惹市的研究中，7 个月内仅释放了 170 万只蚊子，而新加坡每周释放 500 万只。这使得该方法更加经济实惠。“在预算受限的地方，即卫生预算受限的地方，我们肯定会推荐替代方法，因为需要释放的规模较小，”辛金斯说。

替代方法的另一个潜在优势是，它被设计为自我维持。“如果你做得正确，这将是一个谨慎的释放期，然后你就可以停止了。沃尔巴克氏体将处于一个较高的稳定频率，它将保持在那里并长期阻止登革热传播，”辛金斯说。在澳大利亚，2011 年进行了沃尔巴克氏体蚊子释放以对抗登革热，这是世界上第一个替代项目，九年后，这种细菌在埃及伊蚊种群中仍然稳定存在。

这种替代方法简单且经济实惠，这也是世界蚊子防治计划选择它的原因之一。该计划已经在 12 个国家启动了沃尔巴克氏体防治项目，从巴西、墨西哥到越南和澳大利亚。“我们的目标是尽可能简化我们的生产流程，”吉尔斯在一封电子邮件中写道。“我们试图在整个项目中尽量减少自动化。”

那么，新加坡为什么选择这种抑制方法呢？据新加坡国家环境局环境卫生研究所所长黄丽菁介绍，其中一个原因是蚊虫叮咬问题。为了替换蚊子种群，研究人员需要释放这些讨厌的雌蚊。她说：“我们的人民不习惯蚊虫叮咬，所以我认为公众对替换方法的接受度不会那么高。”经过数十年岛上各种蚊虫控制计划的实施，新加坡周围已经没有多少蚊子了。对于任何经历过蚊虫叮咬的人来说，原因显而易见，当地居民不愿意让这些昆虫再次出现。

11 月的一个早晨，马修·维尔凯克抵达新加坡的义顺镇，释放了约 4,400 只实验室饲养的雄性埃及伊蚊。义顺曾是登革热的热点地区，蚊子成群。如今，经过六年的释放，当地的埃及伊蚊数量下降了 98%，登革热病例下降了 88%。“前后对比非常惊人，”国家环境局高级研究员维尔凯克说。“你不会注意，直到你问，‘好吧，等等。没有蚊子。发生了什么事？’”

他拿起一个装有 22 个黑色罐子的篮子，每个罐子里装有大约 200 只感染沃尔巴克氏体的雄蚊，然后走到位于一栋 12 层公寓楼后面的第一个释放点。这个地点并不是随机的——Verkaik 会仔细选择这些地点。一般来说，他为每个居民释放大约六只蚊子，并在建筑物旁边均匀间隔释放，无论是在一楼还是在高层。

站在大楼的垃圾槽旁，维尔凯克抓起一个垃圾桶，打开盖子，摇了摇。蚊子像一团黑色的小云一样出现。打开几个垃圾桶后，蚊子到处都是：嗡嗡作响，坐在墙上。总的来说，当地人似乎并不介意，因为该计划得到了社区的大力支持。在 2021 年的一项研究中，92% 的家庭表示不担心社区释放蚊子。

据辛金斯称，尽管存在雌性登革热，替代项目也往往受到公众的欢迎。“我认为主要是因为我们针对的是登革热传播率高的地区，”他说。“社区的接受度很高，因为其他方法都没有真正起作用。”

然而，减少蚊虫叮咬并不是新加坡选择抑制方法而不是人口替换的唯一原因。黄说，另一个原因是病毒进化的潜在风险。与 Covid-19 一样，登革热是由一种可以相对较快进化的 RNA 病毒引起的。人口替换地区仍然有很多蚊子，少数蚊子偶尔感染登革热的风险始终存在。这种突破性感染可能为登革热病毒进化和适应细菌提供机会。

病毒进化是一些专家担心的问题。“这是一种风险，”澳大利亚莫纳什大学微生物学研究员凯特·埃登伯勒 (Kat Edenborough) 说，该大学是世界蚊子计划的主办机构。“我们会积极调查这件事。”不过，她指出，与在人与人之间传播时会进化的 SARS-CoV-2 不同，登革热需要两种物种作为宿主：蚊子和人类。埃登伯勒认为，这应该会减缓病毒的进化。在最近的一项研究中，研究人员将登革热病毒通过感染沃尔巴克氏体的埃及伊蚊细胞 10 次，没有显示出病毒适应的迹象。

虽然沃尔巴克氏体项目在过去几年中取得了进展，但仍有许多工作要做。科学家希望了解沃尔巴克氏体在蚊子体内究竟是如何运作的，它是如何进化的，以及它是否会促使病毒反击。研究人员还想弄清楚沃尔巴克氏体是否有助于对抗其他疾病，如疟疾。（有迹象表明它可能有这种作用。）世界卫生组织已设定目标，到 2030 年将登革热发病率与 2016 年的数字相比降低 60%。“为了达到这个目标，”埃登伯勒说，“我们需要尽一切可能。”

更新：本文的先前版本错误地指出，新加坡国家环境局的雄蚊在与雌蚊分选后感染了沃尔巴克氏体。事实上，雄蚊在分选之前就已感染了这种细菌。该报道已得到更正。

本文最初发表于 Undark。阅读原文。