蚊子，一直被視為人類歷史上令人頭疼的昆蟲之一。它們的叮咬不僅帶來惱人的瘙癢，更嚴重的是，它們是多種致命疾病的主要傳播媒介。
迄今為止，全球已發(fā)現(xiàn)超過 300 種由蚊子傳播的病毒，其中包括瘧疾、黃熱病、登革熱和寨卡病毒等。這些疾病對全球公共衛(wèi)生構(gòu)成了巨大的威脅，令人談蚊色變。
事實上，如果將傳播的疾病帶來的死亡也算上，蚊子當之無愧是全球殺人多的動物。
然而，荷蘭萊頓大學的科學家近取得了一項突破性進展：通過對瘧原蟲進行創(chuàng)新性的基因改造，使蚊子能夠攜帶改造后的瘧原蟲為人類接種疫苗。這一技術(shù)的成功，或?qū)⑹刮米訌牧钊藚拹旱?ldquo;人類公敵”搖身一變，成為保護健康的“防瘧助手”。這到底是怎么回事呢？下面咱們就來聊聊。
蚊子能為人類“打疫苗”？
瘧疾，是一種由瘧原蟲引起的傳染病，主要通過受感染的按蚊叮咬傳播給人類。瘧疾主要在熱帶和亞熱帶地區(qū)流行，尤其是非洲和東南亞地區(qū)，發(fā)病率較高。盡管目前已有兩種獲批準的瘧疾疫苗，瘧疾依然每年感染約 2.5 億人，導(dǎo)致全球約 60 萬人死亡，是全球公共衛(wèi)生面臨的重大挑戰(zhàn)之一。
瘧原蟲是如何通過蚊子進入人體的呢？普通的帶有瘧原蟲的雌性按蚊叮咬人類后，瘧原蟲的幼蟲會隨蚊子的唾液注入人的血液中。瘧原蟲在人體內(nèi)經(jīng)過 7 到 14 天發(fā)育成熟后，進入紅血球并迅速繁殖，導(dǎo)致紅血球破裂。當紅血球破裂時，新一代的瘧原蟲被釋放到血液中，繼續(xù)感染更多的紅血球，形成惡性循環(huán)，甚至可能致人死亡。
與此不同的是，經(jīng)過基因工程改造的“改良版瘧原蟲”GA2 在感染人體后大約 6 天便會停止進一步發(fā)育，不會引起紅血球破裂，也不會導(dǎo)致接種者患上瘧疾，但是能夠有效激發(fā)免疫反應(yīng)，從而發(fā)揮類似疫苗的保護作用。
為了測試接觸寄生蟲是否有助于人類對瘧疾產(chǎn)生免疫力，研究人員進行了小規(guī)模的臨床試驗。在實驗中，實驗組的參與者首先被攜帶“改良版瘧原蟲”GA2 的蚊子叮咬，三周后再接觸攜帶普通瘧原蟲的蚊子。結(jié)果顯示，89%被 GA2 蚊子叮咬的參與者在接觸攜帶瘧原蟲的蚊子后未感染疾病，其保護率要高于目前已獲批準的兩種瘧疾疫苗（保護率約為 75%），也高于感染人體后 24 小時便停止發(fā)育的改良瘧原蟲 GA1（約 13%）。
盡管初步結(jié)果令人鼓舞，但要實現(xiàn)廣泛應(yīng)用，目前的臨床實驗規(guī)模只有 20 人，因此蚊子疫苗的安全性和有效性還需要進一步驗證，要實現(xiàn)廣泛應(yīng)用還有很長的路要走。
以蚊治蚊？
為了防治通過蚊子傳播的傳染病，這不是科學家第一次對蚊子下手。
早在 2010 年，中山大學與密歇根州立大學熱帶病蟲媒控制聯(lián)合研究中心的奚志勇教授團隊，給伊蚊注射了一種改良內(nèi)共生細菌——沃爾巴克氏體，成功阻斷了伊蚊傳播登革熱病毒的能力。
登革熱是一種通過伊蚊傳播的疾病，感染登革熱病毒后，患者可出現(xiàn)高熱、頭痛、關(guān)節(jié)痛等癥狀，嚴重者可能發(fā)展為出血熱或休克癥候群，危及生命。目前仍沒有特效的抗病毒藥物能夠直接治療登革熱。
研究發(fā)現(xiàn)，注射沃爾巴克氏體后，沃爾巴克氏體能抑制登革熱主要的傳播媒介——埃及伊蚊體內(nèi)的登革病毒復(fù)制和傳播，從而阻止了病毒的傳染。此外，沃爾巴克氏體的免疫特性還能遺傳給蚊子的后代，進一步降低了蚊子傳播登革熱的風險。后來，奚志勇教授團隊將這一方法進一步擴展到瘧疾、寨卡病毒等疾病防治，開創(chuàng)了蚊蟲免疫調(diào)控的新思路。
田間地點、釋放時間表和 HC 雄性釋放對幼蟲的抑制
2016 年，奚教授團隊經(jīng)農(nóng)業(yè)部批準，開始在廣州兩個孤立的河流島嶼的居民區(qū)大規(guī)模投放注射過三重沃爾巴克氏體的“絕育雄蚊”。這些“絕育雄蚊”與野外雌蚊交配后無法產(chǎn)卵，導(dǎo)致種群無法繁殖。
通過維持一定時間的優(yōu)勢比例，終實現(xiàn)了對野外蚊子種群的壓制，達到控制甚至根除傳病蚊種的效果。在兩年的時間里，團隊釋放了數(shù)百萬只“絕育雄蚊”，成功使這兩個居民區(qū)的野生白紋伊蚊種群幾乎完全消失。
隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，釋放的范圍也已經(jīng)逐步擴大到廣東多個城市。
以蚊子為老師？
除了防治傳染病，科學家們還從蚊子身上汲取了很多靈感，用于仿生科技。
你可能會好奇，為什么蚊子吸血時幾乎沒有痛感，而打針時卻如此疼痛？這是因為蚊子的口器平均長度僅為 1.5 毫米，直徑卻不到 0.1 毫米，細得幾乎感覺不到。而我們常見的注射器針頭直徑通常在 0.45 到 0.7 毫米之間，比蚊子的口器粗至少四倍以上。
蚊子口器的掃描電鏡圖像，顯示上頜骨和盂唇的元素
這么細小的口器是如何輕松刺破我們的肌膚的？通過顯微鏡觀察，科學家發(fā)現(xiàn)蚊子的口器由多個部分組成，包括上唇、下唇、舌、上顎和下顎。蚊子吸血時，先攻擊的是上顎，它像一根鋒利的針刺入皮膚；接著，下顎帶有鋸齒，反復(fù)切割皮膚，幫助口器深入。蚊子的上顎和下顎會以每秒 10~15 次的頻率，反復(fù)刺入和切割，尋找合適的毛細血管。當蚊子找到合適的血管后，舌就開始注入唾液，防止血液凝固，并麻醉皮膚減少痛感。后，上唇負責插入血管，開始吸血。
從蚊子口器中汲取靈感，美國天普大學的科學家設(shè)計了一種仿生手術(shù)針。通過使用聚氯乙烯凝膠進行測試，他們發(fā)現(xiàn)這種特殊結(jié)構(gòu)的針頭比普通針頭更高效。與傳統(tǒng)針頭相比，鋸齒狀的針頭在穿透凝膠時減少了約 60%的阻力，同時使組織變形的面積減少了約 36%。如果再模仿蚊子口器的振動方式，摩擦阻力還可以進一步降低約 10%。
3D 打印的蚊子靈感針頭
此外，2023 年，中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所的研究團隊也受蚊子口器結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，研制出一種仿生柔性神經(jīng)探針。該探針能夠穿透硬腦膜，實現(xiàn)多腦區(qū)的微創(chuàng)植入，并可感知植入過程中顱內(nèi)血管的存在，提供損傷預(yù)警。這進一步展示了仿生設(shè)計在醫(yī)療器械領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景。
從基因工程改造的瘧原蟲、沃爾巴克氏體的生物防治策略，到仿生技術(shù)的應(yīng)用，科學家們通過創(chuàng)新手段，不僅有效抑制了蚊子傳播疾病的能力，還從蚊子的生物機制中汲取了許多寶貴的靈感，推動了醫(yī)學和工程技術(shù)的進步。未來，蚊子或許會成為推動公共衛(wèi)生和科技創(chuàng)新的重要“橋梁”。
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