沃尔巴克氏菌是如何让蚊子不孕的？

蚊子自古以来就是人类的宿敌。蚊虫叮咬不仅会引起发红、肿胀和瘙痒，而且是疟疾、登革热等疾病的主要传播者。这些疾病每年造成全球70多万人死亡。近年来，生物防治逐渐成为控制蚊虫传播的热点，其中使用共生细菌沃尔巴克氏菌使蚊虫不孕的方法非常有效。

近日，天津大学生命科学学院王泽芳教授团队破解了纵细菌等科学家对利用沃尔巴克氏菌和该策略中最常见的胞质不相容性的分子机制(CI)防治蚊媒疾病和农业害虫具有重要意义。本研究论文发表在美国科学院国际学术期刊上。

生物防治蚊媒疾病的方法有很多

目前，生物防治蚊子的主要策略是：利用蚊子的天敌杀死幼虫或成虫；利用不孕技术控制蚊子种群；以蚊子病原微生物为控制策略消灭蚊子。王泽芳介绍，天敌的生物防治主要是通过食用蚊子、食肉弓形虫、中剑水蚤等方式捕食蚊子的幼虫或成虫，以减少蚊子种群的数量。

随着基因工程技术的进步，科学家们希望通过遗传转化使蚊子失去繁殖能力，然后将它们释放到环境中，与自然界的蚊子生育，从而破坏蚊子的种群结构，减少甚至消灭蚊子。或者使用基因编辑技术植入抗病毒基因，产生对虫媒病毒的抵抗力，从而降低蚊子传播病毒的能力。

此外，常用的病原微生物蚊子控制策略是利用真菌和细菌来控制蚊子。共生细菌沃尔巴克氏菌的使用非常有效。沃尔巴克氏菌是一种广泛存在于自然节肢动物中的共生菌。沃尔巴克氏菌感染可导致宿主雌性化、孤雌生殖、杀死雄性和细胞不相容性，从而影响宿主的繁殖。王解释说，如果雄性蚊子感染沃尔巴克氏菌，并与未感染的雌性蚊子交配，就会出现生殖不和谐，导致胚胎死亡，无法继承家庭。

自1967年沃尔巴克氏菌首次作为种群控制策略用于控制缅甸致倦库蚊以来，基于沃尔巴克氏菌的蚊子种群控制取得了重大进展。例如，沃尔巴克氏菌感染的蚊子今年在印尼日惹市社区释放，降低了该地区登革热的发病率77%。

破解细菌使雌蚊绝育的机制

事实上，从1938年到20世纪60年代，人们已经发现，对于一些昆虫来说，一个地区的雄性不能与另一个地区的雌性产生后代。同一地区的昆虫可以正常繁殖。

20世纪70年代初，科学家们进一步发现，这种现象是由于昆虫被沃尔巴克氏菌感染引起的CI造成的。用沃尔巴克氏菌感染伊蚊也可以诱导产生CI。但是不相容性因子(Cif)如何工作一直困扰着科研人员。

直到2017年，Cif人们终于发现了真面目。这种因子由两种蛋白质组成，分别称为胞质不相容因子A(CifA)和B(CifB)，它们在细菌基因组的一个类似操纵器的结构中编码。王泽芳说，人们发现这两个因素在雄性果蝇中同时表达，可以产生CI；只表达在雌性果蝇中CifA，可以避免CI。

为了搞清楚Cif如何工作，人们提出了多种不同的模型。主要的两种模型为“宿主修饰模型”和“毒素—抗毒素模型”。其中，只有毒素—抗毒素模型明确CifA与CifB避免结合CI的关键。但Cif在CI在救援过程中的作用一直存在着广泛的争论。

通过研究，王泽方团队CifA与CifB发现了因子的复合结构CifA与CifB相互结合后，可以形成典型的三区域组合界面。体外生化实验确认了三区域组合界面上的关键残余基础。如果这些关键突变，可以有效破坏CifA和CifB相互作用。如果破坏，果蝇体内的实验将进一步确认CifA和CifB相互作用导致CifA和CifB因素不能有效结合，CifA会失去避免CI能力。这些实验证实了CifA和CifB避免相互作用CI至关重要，和‘毒素-抗毒素模型’王泽方说，模型的预测是一致的。

这项工作是对分子水平的理解CI利用沃尔巴克氏菌和CI防治蚊媒疾病和农业害虫具有重要意义。(本报记者陈曦)

来源:科技日报