奚志勇
中山大學熱帶病防治教育部重點實驗室主任,中山大學-密歇根州立大學熱帶病蟲媒控制聯合研究中心主任,美國密歇根州立大學微生物和分子遺傳系終身教授、博士和博士後導師。
至今已主持超過1100萬美元的研究項目,發表逾50篇學術論文或書籍章節(其中4篇發表在《科學》,1篇發表在《自然》)。
2005年在世界範圍內首次成功建立沃爾巴克氏體與登革蚊媒的共生；2009年與國際同行同時報告沃爾巴克氏體可直接抑制登革病毒；2011年在世界範圍首次將沃爾巴克氏體引入瘧疾蚊媒,次年在廣州建立全球最大的蚊子工廠。目前,該技術已獲世界衛生組織的認可,並推廣至墨西哥、印度、新加坡、中國台灣、美國夏威夷等國家或地區。
北京時間7月18日淩晨,頂級學術期刊《自然》(Nature)以“研究論文”(Articles)的完整形式,刊載了中山大學-密歇根州立大學教授奚志勇及其團隊的一項應用型研究成果——《昆蟲不相容和絕育技術相結合清除蚊媒種群》。
文章介紹,這項在廣州進行的田間試驗,幾乎根除了該區域內,能在人群中散播登革熱、瘧疾等疾病的白紋伊蚊,方式是人工培育和釋放經過“絕育”處理的蚊類“間諜”,“以蚊治蚊”。
“我們在這篇文章裏提供了一個完整的故事,包括了從實驗室到現場、工業生産、成本核算、社區教育等各個方面。”在接受南都記者采訪時,奚志勇頗有底氣地說,“我認爲文章的發表,應該可以給整個領域帶來較大的變化。”
廣東省疾病預防控制中心副主任林立豐得知此訊,爲奚志勇團隊送上了熱情的贊譽。他提到,目前登革熱沒有相應的疫苗或特效藥物,而噴灑化學殺蟲劑不但破壞生態,還會讓蚊媒進化出耐藥性。因此,這項新技術的問世,對地處疫病高發區的廣東很有意義。
事實上,在全球範圍內,蟲媒傳染病的防控都是非常急迫的課題。2015年,包括中國科學家屠呦呦在內的3名學者被授予諾貝爾生理學或醫學獎,正是由于他們在阻斷瘧疾等蟲媒傳染病方面做出了巨大的貢獻。
前“世界首富”比爾·蓋茨(Bill Gates)與妻子創立的基金會,近年來也分撥了不菲資金,專門支持與蟲媒傳染病有關的研究。在商界巨頭中,谷歌(Google)、拜耳(Bayer)等已聞風而動,押寶新型滅蚊技術的商用前景……
這是一項國際競賽,但也是一次全球協作,面向人類的共同福祉。憑借“低價、高效、綠色”的解決方案跑贏對手的奚志勇團隊,目前已經將這項成果推廣至熱帶地區的多個國家,在國內則“只待一紙批文”,就能全面應用,還有望延伸出更多用途。
科學家們期盼,從廣州孵化的“益蚊”,能盡快帶著使命,飛往更多的田野和城市。
從構想到實現
數萬顆蚊卵育成一只“蚊類間諜”
科學家對于“以蚊治蚊”的構想由來已久。而要論及它的實際應用,奚志勇可謂邁出了關鍵一步。
2001年,奚志勇以中山醫科大學(今中山大學)寄生蟲學教研室講師的身份赴美國肯塔基大學(University of Kentucky),繼續攻讀醫學昆蟲學博士。在導師多布森(Stephen L. Dobson)的帶領下,他開始研究一種名叫“沃爾巴克氏體”(Wolbachia)的細菌。
這是一種具有獨特屬性的共生菌。它的發現者沃爾巴克在確認它並不是人類的病原菌之後,就對它失去了研究興趣。沒想到,在上世紀六七十年代,另一群科學家偶然發現,這種細菌一旦與蚊子形成穩定的共生關系,竟能導致其寄主與未攜帶同種細菌的個體交配後“絕育”(後代無法成活)。
此後數十年中,不少團隊都試圖找到某種方法,將這一罕見的生物學特征用于制造“蚊類間諜”,即通過爭奪交配機會來壓制防疫區內的“毒蚊”數量,從而實現對于多種蚊媒傳染病的控制。
它的技術要領就在于,如何人爲建立沃爾巴克氏體與蚊子的穩定共生關系。要知道,這與單純的“細菌感染”完全不同。剛剛開啓博士生涯的奚志勇,就是要攻克這一道難關。
“有兩年時間,我基本上都在反複嘗試顯微胚胎注射,注射過的蚊卵超過數萬顆。”奚志勇對南都記者回憶。
每一次實驗,他都要用毛細吸管將沃爾巴克氏體准確注入蚊子胚胎(它在顯微鏡下放大幾十倍,才約等于一枚雞蛋大小)。可是費了很大功夫,他培養的雌蚊都無法將細菌傳遞給下一代,仍然不能稱之爲穩定的“共生體”。
當選題遇到瓶頸,奚志勇的應對之策是大量閱讀相關文獻。其中諾貝爾生理學或醫學獎得主、美國普林斯頓大學教授威斯喬斯(Eric F. Wieschaus)研究果蠅胚胎發育的文章,給他帶來了一個關鍵啓示:原來,進行胚胎注射也要注意時機和方位。
2003年的一天,成功在實驗室悄然到來。奚志勇已經完全確知,在蚊卵産出的60-90分鍾之間,將沃爾巴克氏體導入即將發育爲成蚊生殖系統的特定部位,即可與蚊株形成新型的穩定共生。“以蚊治蚊”的應用之門由此打開。
2005年,這一研究成果發表在頂級學術期刊《科學》(Science)上,迅速引來澳大利亞同行觀摩學習。作爲該文的第一作者,奚志勇在完成博士後研究、取得密歇根州立大學教授職位之後,也受邀加入了他們的項目(當時,該項目組已獲得比爾及梅琳達·蓋茨基金會的數千萬美元資助)。
2011年,奚志勇帶著其中的一項子課題回到國內,出任中山大學-密歇根州立大學熱帶病蟲媒控制聯合研究中心主任,正式開啓了在廣州的科研曆程。
從學界到田野
讓500戶南沙居民成爲實驗夥伴
一項新技術要從實驗室走向民間,還要經過有說服力的現場測試。盡管奚志勇在爲澳洲項目組效力期間曾接觸過這類工作,但真正著手,還是在2011年重回廣州之後。
從學者到領導者的角色轉變,一度給他帶來了很大的挑戰。爲了在國內開展田間試驗,奚志勇需要獲得政府的許可、社區居民的認同；而對現場試驗的設計,顯然是與實驗室工作完全不同的尺度。一開始,每次從飛機的舷窗眺望下方的城鎮,那種複雜而鮮活的真實,總讓他覺得難以把控。
好在奚志勇身邊有不少新老盟友。澳洲的同行首先爲他完成了“啓蒙”和工作方法培訓。之後團隊又與廣東省科技廳、省市疾控部門,以及聯合國國際原子能機構等達成合作,互爲補充。
項目落到實處,還需調整自身,以滿足方方面面的要求。較之于最先開展現場試驗的澳洲同行,奚志勇選擇提高技術難度以減少民衆的疑慮,換取更大比例的支持。
奚志勇介紹:“在澳大利亞,研究者通過同時釋放實驗室培育的雌蚊和雄蚊,讓沃爾巴克氏體擴散到野外,達到控病的效果；而我們只釋放雄蚊,讓這些攜帶沃爾巴克氏體的雄蚊與野生傳病的雌蚊交配,使其‘絕育’。一到兩周之後,隨著雄蚊的死亡,它所攜帶的菌也在環境中消失,故更少引發爭議。另外,雌蚊叮人,雄蚊不叮人。如果像在澳大利亞那樣釋放雌蚊,就會對我們的老百姓形成騷擾,意味著增加社區教育的難度。”
在選定位于廣州市南沙區、生態相對封閉的沙仔島作爲可能的實驗場地之後,2014年春天,項目人員提前進駐社區,向島上的500多戶居民開展各種形式的科普。包括把手伸進蚊籠,讓當地人親眼看見:實驗室出産的雄蚊不叮人。
經過近一年的接觸,2015年1月,項目組調查顯示,超過90%的居民對這項實驗的開展表示支持。最終,沙仔島被確認爲奚志勇團隊的首個實驗場地。那一年,研究人員一共在沙仔島上投放了約650萬只雄蚊,收效符合預期——在持續釋放區,白紋伊蚊幼蟲幾乎100%被清除,成蟲的控制效果也達到了97%(種群遺傳學分析顯示,僅剩的成蚊可能是從控制區之外的地方遷移而來)。
2016年,團隊在廣州市番禺區的大刀沙島進行了第二次現場試驗,同樣基本清除了當地的白紋伊蚊種群。
從項目到産業
廣州“蚊子生産基地”成世界樣板
鮮亮成績的背後,並非沒有過“捉襟見肘”的時刻。
根據模型測算,要借助攜帶沃爾巴克氏體的雄蚊實現種群壓制,雄蚊的釋放量最好控制在野生雄蚊數量的5倍。2015年3月,試驗開始之初,要達到這個倍數還很輕松。
奚志勇記得:“我們看到壓制效果非常好,都覺得疑惑——難道這個項目還挺容易?”
然而5月中旬一到,幾場大雨下過,廣州的白紋伊蚊開始呈幾何級數增長。奚志勇團隊原設在廣州市蘿崗區科學城大樓內的工作場地,連會議室都改成了“蚊子生産車間”,仍然遠遠滿足不了需求的數量。
爲了配合實驗的進行,團隊的工業生産能力只能加速叠代。奚志勇告訴南都記者,2014年,在“蚊子工廠”建立初期,他們每周只能出産一兩千只雄蚊。其後,工廠遷入了廣州黃埔區占地3500平米的新址,空間不再是掣肘因素。産能每上一級台階,靠的是改造甚至重新設計與不同流程相關的儀器設備。“比方說,如果不啓用專門處理蚊蛹的X射線儀,我們的産量就怎麽也上不了每周幾十萬的水平；突破了這一技術之後,又發現傳統的雌雄分離儀受到人工的限制,變成新的瓶頸,我們就設計了自動化的雌雄分離設備；下一步,羽化的設施成了影響生産效率的短板,我們又要去解決羽化的問題……”
通過不斷對技術設備進行更新,如今這裏已經成爲世界上産能最大的蚊子生産基地,如果開足馬力,每周可以生産上千萬只“絕育”雄蚊。由團隊成員設計的各種儀器,也遠銷到了世界其他國家或國際組織。
創新之路仍在持續。2018年,奚志勇團隊與疾控部門合作,首次將現場試驗擴展到了有登革熱疫情出現的老城區和城中村。通過無人機釋放系統,100萬只攜帶沃爾巴克氏體的雄蚊只需4分鍾,即可在22公頃的區域內釋放完畢,彌補人工釋放難以深入的角落。
同年10月,由奚志勇團隊支持建立的墨西哥首個“蚊子工廠”正式啓用,其工廠設計、設備制造和生産工藝,都充分參考了“廣州樣板”,成爲中國“以蚊治蚊”技術輸出海外的又一實例。
此外,奚志勇團隊已開始將這些成果移用至其他領域,譬如農業害蟲的防治,希望通過提供更爲高效、環保的替代方案,逐步減少化學殺蟲劑的施用。
他對這項技術的産業轉化能力充滿信心,唯一憂慮的只是如何扭轉人們的思想觀念。“總有人覺得我們在開玩笑,或在爲發表文章而搞科研,‘怎麽未來還賣蚊子’?其實,這是一種微生物殺蟲劑,不久將成爲一個真正的工業!”
聲音
總有人覺得我們在開玩笑,或在爲發表文章而搞科研,“怎麽未來還賣蚊子”?其實,這是一種微生物殺蟲劑,不久將成爲一個真正的工業!
我們在這篇文章裏提供了一個完整的故事,包括了從實驗室到現場、工業生産、成本核算、社區教育等各個方面。我認爲文章的發表,應該可以給整個領域帶來較大的變化。
——奚志勇
出品:南都采編指揮中心 統籌:南都人物新聞工作室
采寫:南都記者 侯婧婧 攝影:南都記者 馬強 鄒衛
實習生 肖睿 (南都資料圖)