奚志勇
中山大学热带病防治教育部重点实验室主任,中山大学-密歇根州立大学热带病虫媒控制联合研究中心主任,美国密歇根州立大学微生物和分子遗传系终身教授、博士和博士后导师。
至今已主持超过1100万美元的研究项目,发表逾50篇学术论文或书籍章节(其中4篇发表在《科学》,1篇发表在《自然》)。
2005年在世界范围内首次成功建立沃尔巴克氏体与登革蚊媒的共生；2009年与国际同行同时报告沃尔巴克氏体可直接抑制登革病毒；2011年在世界范围首次将沃尔巴克氏体引入疟疾蚊媒,次年在广州建立全球最大的蚊子工厂。目前,该技术已获世界卫生组织的认可,并推广至墨西哥、印度、新加坡、中国台湾、美国夏威夷等国家或地区。
北京时间7月18日凌晨,顶级学术期刊《自然》(Nature)以“研究论文”(Articles)的完整形式,刊载了中山大学-密歇根州立大学教授奚志勇及其团队的一项应用型研究成果——《昆虫不相容和绝育技术相结合清除蚊媒种群》。
文章介绍,这项在广州进行的田间试验,几乎根除了该区域内,能在人群中散播登革热、疟疾等疾病的白纹伊蚊,方式是人工培育和释放经过“绝育”处理的蚊类“间谍”,“以蚊治蚊”。
“我们在这篇文章里提供了一个完整的故事,包括了从实验室到现场、工业生产、成本核算、社区教育等各个方面。”在接受南都记者采访时,奚志勇颇有底气地说,“我认为文章的发表,应该可以给整个领域带来较大的变化。”
广东省疾病预防控制中心副主任林立丰得知此讯,为奚志勇团队送上了热情的赞誉。他提到,目前登革热没有相应的疫苗或特效药物,而喷洒化学杀虫剂不但破坏生态,还会让蚊媒进化出耐药性。因此,这项新技术的问世,对地处疫病高发区的广东很有意义。
事实上,在全球范围内,虫媒传染病的防控都是非常急迫的课题。2015年,包括中国科学家屠呦呦在内的3名学者被授予诺贝尔生理学或医学奖,正是由于他们在阻断疟疾等虫媒传染病方面做出了巨大的贡献。
前“世界首富”比尔·盖茨(Bill Gates)与妻子创立的基金会,近年来也分拨了不菲资金,专门支持与虫媒传染病有关的研究。在商界巨头中,谷歌(Google)、拜耳(Bayer)等已闻风而动,押宝新型灭蚊技术的商用前景……
这是一项国际竞赛,但也是一次全球协作,面向人类的共同福祉。凭借“低价、高效、绿色”的解决方案跑赢对手的奚志勇团队,目前已经将这项成果推广至热带地区的多个国家,在国内则“只待一纸批文”,就能全面应用,还有望延伸出更多用途。
科学家们期盼,从广州孵化的“益蚊”,能尽快带着使命,飞往更多的田野和城市。
从构想到实现
数万颗蚊卵育成一只“蚊类间谍”
科学家对于“以蚊治蚊”的构想由来已久。而要论及它的实际应用,奚志勇可谓迈出了关键一步。
2001年,奚志勇以中山医科大学(今中山大学)寄生虫学教研室讲师的身份赴美国肯塔基大学(University of Kentucky),继续攻读医学昆虫学博士。在导师多布森(Stephen L. Dobson)的带领下,他开始研究一种名叫“沃尔巴克氏体”(Wolbachia)的细菌。
这是一种具有独特属性的共生菌。它的发现者沃尔巴克在确认它并不是人类的病原菌之后,就对它失去了研究兴趣。没想到,在上世纪六七十年代,另一群科学家偶然发现,这种细菌一旦与蚊子形成稳定的共生关系,竟能导致其寄主与未携带同种细菌的个体交配后“绝育”(后代无法成活)。
此后数十年中,不少团队都试图找到某种方法,将这一罕见的生物学特征用于制造“蚊类间谍”,即通过争夺交配机会来压制防疫区内的“毒蚊”数量,从而实现对于多种蚊媒传染病的控制。
它的技术要领就在于,如何人为建立沃尔巴克氏体与蚊子的稳定共生关系。要知道,这与单纯的“细菌感染”完全不同。刚刚开启博士生涯的奚志勇,就是要攻克这一道难关。
“有两年时间,我基本上都在反复尝试显微胚胎注射,注射过的蚊卵超过数万颗。”奚志勇对南都记者回忆。
每一次实验,他都要用毛细吸管将沃尔巴克氏体准确注入蚊子胚胎(它在显微镜下放大几十倍,才约等于一枚鸡蛋大小)。可是费了很大功夫,他培养的雌蚊都无法将细菌传递给下一代,仍然不能称之为稳定的“共生体”。
当选题遇到瓶颈,奚志勇的应对之策是大量阅读相关文献。其中诺贝尔生理学或医学奖得主、美国普林斯顿大学教授威斯乔斯(Eric F. Wieschaus)研究果蝇胚胎发育的文章,给他带来了一个关键启示:原来,进行胚胎注射也要注意时机和方位。
2003年的一天,成功在实验室悄然到来。奚志勇已经完全确知,在蚊卵产出的60-90分钟之间,将沃尔巴克氏体导入即将发育为成蚊生殖系统的特定部位,即可与蚊株形成新型的稳定共生。“以蚊治蚊”的应用之门由此打开。
2005年,这一研究成果发表在顶级学术期刊《科学》(Science)上,迅速引来澳大利亚同行观摩学习。作为该文的第一作者,奚志勇在完成博士后研究、取得密歇根州立大学教授职位之后,也受邀加入了他们的项目(当时,该项目组已获得比尔及梅琳达·盖茨基金会的数千万美元资助)。
2011年,奚志勇带着其中的一项子课题回到国内,出任中山大学-密歇根州立大学热带病虫媒控制联合研究中心主任,正式开启了在广州的科研历程。
从学界到田野
让500户南沙居民成为实验伙伴
一项新技术要从实验室走向民间,还要经过有说服力的现场测试。尽管奚志勇在为澳洲项目组效力期间曾接触过这类工作,但真正着手,还是在2011年重回广州之后。
从学者到领导者的角色转变,一度给他带来了很大的挑战。为了在国内开展田间试验,奚志勇需要获得政府的许可、社区居民的认同；而对现场试验的设计,显然是与实验室工作完全不同的尺度。一开始,每次从飞机的舷窗眺望下方的城镇,那种复杂而鲜活的真实,总让他觉得难以把控。
好在奚志勇身边有不少新老盟友。澳洲的同行首先为他完成了“启蒙”和工作方法培训。之后团队又与广东省科技厅、省市疾控部门,以及联合国国际原子能机构等达成合作,互为补充。
项目落到实处,还需调整自身,以满足方方面面的要求。较之于最先开展现场试验的澳洲同行,奚志勇选择提高技术难度以减少民众的疑虑,换取更大比例的支持。
奚志勇介绍:“在澳大利亚,研究者通过同时释放实验室培育的雌蚊和雄蚊,让沃尔巴克氏体扩散到野外,达到控病的效果；而我们只释放雄蚊,让这些携带沃尔巴克氏体的雄蚊与野生传病的雌蚊交配,使其‘绝育’。一到两周之后,随着雄蚊的死亡,它所携带的菌也在环境中消失,故更少引发争议。另外,雌蚊叮人,雄蚊不叮人。如果像在澳大利亚那样释放雌蚊,就会对我们的老百姓形成骚扰,意味着增加社区教育的难度。”
在选定位于广州市南沙区、生态相对封闭的沙仔岛作为可能的实验场地之后,2014年春天,项目人员提前进驻社区,向岛上的500多户居民开展各种形式的科普。包括把手伸进蚊笼,让当地人亲眼看见:实验室出产的雄蚊不叮人。
经过近一年的接触,2015年1月,项目组调查显示,超过90%的居民对这项实验的开展表示支持。最终,沙仔岛被确认为奚志勇团队的首个实验场地。那一年,研究人员一共在沙仔岛上投放了约650万只雄蚊,收效符合预期——在持续释放区,白纹伊蚊幼虫几乎100%被清除,成虫的控制效果也达到了97%(种群遗传学分析显示,仅剩的成蚊可能是从控制区之外的地方迁移而来)。
2016年,团队在广州市番禺区的大刀沙岛进行了第二次现场试验,同样基本清除了当地的白纹伊蚊种群。
从项目到产业
广州“蚊子生产基地”成世界样板
鲜亮成绩的背后,并非没有过“捉襟见肘”的时刻。
根据模型测算,要借助携带沃尔巴克氏体的雄蚊实现种群压制,雄蚊的释放量最好控制在野生雄蚊数量的5倍。2015年3月,试验开始之初,要达到这个倍数还很轻松。
奚志勇记得:“我们看到压制效果非常好,都觉得疑惑——难道这个项目还挺容易?”
然而5月中旬一到,几场大雨下过,广州的白纹伊蚊开始呈几何级数增长。奚志勇团队原设在广州市萝岗区科学城大楼内的工作场地,连会议室都改成了“蚊子生产车间”,仍然远远满足不了需求的数量。
为了配合实验的进行,团队的工业生产能力只能加速迭代。奚志勇告诉南都记者,2014年,在“蚊子工厂”建立初期,他们每周只能出产一两千只雄蚊。其后,工厂迁入了广州黄埔区占地3500平米的新址,空间不再是掣肘因素。产能每上一级台阶,靠的是改造甚至重新设计与不同流程相关的仪器设备。“比方说,如果不启用专门处理蚊蛹的X射线仪,我们的产量就怎么也上不了每周几十万的水平；突破了这一技术之后,又发现传统的雌雄分离仪受到人工的限制,变成新的瓶颈,我们就设计了自动化的雌雄分离设备；下一步,羽化的设施成了影响生产效率的短板,我们又要去解决羽化的问题……”
通过不断对技术设备进行更新,如今这里已经成为世界上产能最大的蚊子生产基地,如果开足马力,每周可以生产上千万只“绝育”雄蚊。由团队成员设计的各种仪器,也远销到了世界其他国家或国际组织。
创新之路仍在持续。2018年,奚志勇团队与疾控部门合作,首次将现场试验扩展到了有登革热疫情出现的老城区和城中村。通过无人机释放系统,100万只携带沃尔巴克氏体的雄蚊只需4分钟,即可在22公顷的区域内释放完毕,弥补人工释放难以深入的角落。
同年10月,由奚志勇团队支持建立的墨西哥首个“蚊子工厂”正式启用,其工厂设计、设备制造和生产工艺,都充分参考了“广州样板”,成为中国“以蚊治蚊”技术输出海外的又一实例。
此外,奚志勇团队已开始将这些成果移用至其他领域,譬如农业害虫的防治,希望通过提供更为高效、环保的替代方案,逐步减少化学杀虫剂的施用。
他对这项技术的产业转化能力充满信心,唯一忧虑的只是如何扭转人们的思想观念。“总有人觉得我们在开玩笑,或在为发表文章而搞科研,‘怎么未来还卖蚊子’?其实,这是一种微生物杀虫剂,不久将成为一个真正的工业!”
声音
总有人觉得我们在开玩笑,或在为发表文章而搞科研,“怎么未来还卖蚊子”?其实,这是一种微生物杀虫剂,不久将成为一个真正的工业!
我们在这篇文章里提供了一个完整的故事,包括了从实验室到现场、工业生产、成本核算、社区教育等各个方面。我认为文章的发表,应该可以给整个领域带来较大的变化。
——奚志勇
出品:南都采编指挥中心 统筹:南都人物新闻工作室
采写:南都记者 侯婧婧 摄影:南都记者 马强 邹卫
实习生 肖睿 (南都资料图)