CC讲坛王四宝：发展阻断蚊子传播疟疾的“新武器”

中科院植物生理生态所研究员王四宝

　　新浪财经讯 “CC讲坛”第27期于2018年10月24日在北京东方梅地亚中心M剧场举行，中科院植物生理生态所研究员王四宝出席并演讲。

　　疟疾是人类的头号杀手，每年全球发病人数2-3亿人，导致约60万人死亡。蚊子是传播疟疾的主要媒介，他发现阻断蚊子传播疟疾的“新武器”。

　　以下为演讲实录：

　　王四宝：大家好！我是来自中国科学院上海植物生理生态所的王四宝。

　　刚刚过去的炎炎夏日，想必大家都收到了来自蚊子的“红包”。蚊子的叮咬不仅给我们造成皮肤局部的瘙痒，有时候它会传播八十多种疾病。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，还有我们几乎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，因此蚊子被誉为世界上最致命的动物。

　　我们晚上被蚊咬，白天也被蚊子咬，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，这个蚊子叫伊蚊，我们也把它叫花斑蚊。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、还有一些库蚊。库蚊也叫家蚊，因为在我们家庭里面是最常见的。按蚊因为它传播疟疾，所以说它是最危险的一种生物。

　　在种种蚊虫传播的疾病当中，我们知道疟疾最为严重。为什么呢？ 因为它每年单个疾病就可以导致2到3亿人发病，而且死亡的人数大约有60多万人。疟疾我们现在也很清楚，它是由疟原虫这样的一个寄生虫感染引起的，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：一个是发冷、发热、还有出汗，所以说得了疟疾的病人，即使在夏天他也要盖几床被子，还有就是疟疾有历史记载，现在已经有4000多年的一个古老的疾病。现在是科技比较发达的年代，每年仍然在全世界造成这么严重的威胁，从侧面可以看出来，疟疾它是比较复杂的一个传染病。

　　人类跟疟疾已经经历了4000多年的一个漫长而艰苦的斗争。那么在与疟疾相关的研究已经有五度获得了诺贝尔奖。比如说拉维伦，

　　他首次发现疟疾是由疟原虫感染引起的。罗斯发现了这个疾病是由蚊子来传播的。因为过去，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。从而让我们认识到蚊子可以传播疾病的一个新的认识。后来这个米勒也是诺贝尔奖获得者，他发现了强效杀蚊剂叫DDT。还有我们值得骄傲的我们国家的屠呦呦教授，她因为在抗疟药物青蒿素研究中有突出的贡献，因此2015年也获得了诺贝尔奖。

　　我们想与一个疾病五度获得了诺贝尔奖，现在还是在全世界对我们人类的健康造成了威胁，充分地体现了这个疾病的严重性以及挑战性。

　　在去年世界疟疾报告病例显示，疟疾的数量现在出现了反弹。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。我们国家曾经也受到了蚊子传播疟疾很大的影响。过去很多地区都发生了疟疾，每年都有很多人死亡，对我们国家人口的健康造成很大的威胁。经过政府积极的防治，最近几年我们疟疾病例虽然得到了较好的控制，但是我们知道全球化贸易往来的频繁以及我们国家正在推进的“一带一路”的建设。

　　我们中国人到非洲、东南亚去旅游、去务工等等，在非洲、在东南亚被感染之后，回到国内发病，我们把它叫输入性的病例。最近几年每年都有三到四千例，因此疟疾可以说它是一种无国界的传染病，每个国家你都不能独善其身。

　　我们知道，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，在上个世纪50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等都造成了伤害。因此，蚊子已经在生态系统或食物链中占有着非常重要的地位。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它们的食物。还有以蚊子为食物的一些昆虫、青蛙、鸟类、蜥蜴还有蝾螈，很多的有益的生物都会失去一个重要的食物。因此，我们要想通过消灭蚊子来根除这个疟疾显得不太可能。因此我们人类也在认识自然的过程中，要不断地去反思，我们可能需要和蚊子和平共存。

　　得了疟疾之后另外一种手段就是被动地服用抗疟药。青蒿素目前在世界上控制疟疾是最为有效的，但是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，目前，我们还没有有效的疫苗，我们急需要研发新的控制疟疾的手段。我们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发展了一个控制、阻断疟疾传播的一个新的策略，我们利用蚊子肠道里的细菌来阻断疟疾传播。这样在不杀蚊子的情况下，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，蚊子感染疟原虫它也是一个受害者。蚊子吃了一口血只有几微升的血液，大约有1万个疟原虫到蚊子的肠道里去，这个时候疟原虫雌雄进行交配，通过一系列地发育，大约在18个到20个小时之后，这个疟原虫变成了我们把它叫动合子，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，一般在野外仅仅只有5个，所以大量的疟原虫在蚊子肠道里被消灭掉了。我们说打蛇我们要打七寸，因此蚊子的肠道是我们围剿并全歼疟原虫的一个最佳的战场。第二个，当我们把蚊子肠道打开之后，我们会发现里面取了血液，除了疟原虫，我们也会看到里面有很多很多的细菌，同时我们也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地增殖，因此我们就想到，我们为什么不用这个蚊子的肠道的朋友——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面不就可以阻断了疟疾传播了吗？我们选择了一个在蚊子肠道里面比较普遍的一个细菌。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；第二个，这个细菌可以在体外我们可以培养，我们可以用人工的培养基把它生长起来；第三个，这个细菌我们可以通过基因的手段进行操作；第四个，我们要有杀疟原虫的药物的基因；最后一个，我们要怎样通过一些手段，把这个细菌进行武装，让它变成抗疟的战士去蚊子肠道里把疟原虫给歼灭掉。

　　我们通过大概两到三年的时间找到了一个细菌叫成团泛菌。我们通过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。我们通过实验证明它非常有效地在蚊子肠道里把疟原虫给杀灭掉。因此，我们这个实验就发表在《美国科学院院报》上，这个实验它的意义就在于，我们首次通过实验证实了，我们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，但我们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一个细菌？现在讲起来，我们是在一个研究过程中偶然发现的一个成果。

　　我有一次在显微镜下去解剖蚊子的卵巢的时候，我们就发现这个卵巢似乎被一种细菌感染了。通过我多年的思考以及研究的经历，我发现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，我们就把这个绿色荧光的蛋白基因导入到细菌里面，为了标记这个细菌，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。

　　我们通过一系列的实验把绿色荧光蛋白导入到这个细菌是比较简单的，全世界好多实验室都可以做，我们通过这个手段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，我们也证明了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。我们后续的实验也证明了绿色荧光的细菌，可以附着在蚊子的卵巢里面。

　　我们通过一个大笼的实验，里面放了5%的携带绿色荧光蛋白的雄蚊，同时我们也让5%的雌蚊携带这个带有红色标记的细菌。通过让蚊子交配产卵，我们饲养到幼纹、成蚊。我们发现百分之百的幼蚊和成蚊，都携带了我们这个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，就可以传播到百分之百的下一代蚊虫里面。因此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，有望解决我们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，就是导弹要出鞘。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。

　　最后我们有幸找到了一个叫“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。如果要想疟原虫同时给五种抗疟的药物产生抗性，应该还是有一定的难度。

　　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，接下来我们就通过把这个细菌在LB培养基里去培养。培养大概七、八个小时，然后我们再收集这个细菌的菌体，把它加到5%的蔗糖溶液里，再把蔗糖溶液加到这个棉球来饲喂蚊子。蚊子获得了这个表达五个弹头的抗疟细菌，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。因此我们的文章去年发表在了美国《科学》杂志上。

　　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。所以针对疟疾的控制，没有一个灵丹妙药，没有一种措施是万全之策。在这里还要强调，我们不仅将来会应用这个基因改造的细菌，同时我们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，我们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。很长一段时间，我们还远远在路上。我们不仅要有赖于疟疾科技的发展，我们也要不断地去创新，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，可能需要全球的努力！

　　谢谢大家！

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责任编辑：谢长杉