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【探索生命講座】魔獸崛起:吸血鬼的誕生

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由臺大科學教育發展中心 CASE 所舉辦的探索系列講座第十六期,「命孕交響曲的四大樂章—發生、錯生、重生及再生」,第四講的主題為「魔獸崛起:吸血鬼的誕生」,由台大醫學院寄生蟲學科蕭信宏教授主講。由於台灣登革熱疫情在前兩年相當嚴重,病媒蚊的傳播速度遠超過我們的想像,蕭教授藉由這次講座分享這會傳播疾病的吸血鬼,牠會造成的疾病及嚴重程度,以及現代科學家運用何種方式,藉由影響蚊子的生殖來抑制病媒蚊的數量。

台大醫學院寄生蟲學科 蕭信宏教授

台大醫學院寄生蟲學科 蕭信宏教授

蚊子傳播的疾病

蚊子主要傳播的疾病較為大宗的有瘧疾、登革熱和茲卡病毒;除此之外,屈公病、日本腦炎、西尼羅河病毒也是由蚊子擔任傳播的媒介。以瘧疾來說,每年會造成三億到五億的人感染,八十萬人死亡,對人類性命的威脅性相較於眾多癌症僅次於肺癌;而如此大量的感染病例也對家庭、社會、經濟甚至國家造成很大的影響。蚊子更在眾多動物中,位居造成人類死亡數量第一名的位置。


蚊子的種類 / 常見的病媒蚊

隸屬於節肢動物門、昆蟲綱的蚊子,分為三個亞科—瘧蚊、家蚊和巨蚊。全世界有超過 3000 種的蚊子,而寶島台灣則有高達 138 種。台灣常見的蚊子種類除了有睡覺時常在耳邊嗡嗡擾人的熱帶家蚊、日本腦炎的病媒蚊三斑家蚊、大樓地下室常見的地下家蚊,更有傳播登革病毒的埃及斑蚊和白線斑紋,以及幾種瘧蚊。其中,傳播登革病毒最大宗的是埃及斑蚊,這也是科學家目前在防治登革熱疫情主要針對的目標種類。


卵黃生成 Vitellogenesis

蚊子羽化後最重要的事情就是交配了。在交配之後雌蚊會將精子儲存在體內的儲精囊中,等待卵子成熟排出的時刻將精子釋出,順而受精產出。卵子要如何成熟呢?這就是母蚊子為什麼要吸血的原因了。在吸血之後,血液分為兩條路徑去促使卵巢成熟。其中一個是刺激腦部釋放賀爾蒙刺激卵巢,卵巢受刺激後也釋放出賀爾蒙 ecdysone 去影響脂肪體,脂肪體就會分泌出一些 YPP — Yolk Protein Precursor,刺激卵巢發育成熟及產卵,其中最重要的是卵黃素 Vg;另一個則是由於血液中有大量胺基酸,這些胺基酸透過穿膜蛋白,活化一些信號傳遞路徑如 TOR pathway,一連串的活化、刺激,最終也會激發卵黃素 Vg — 卵黃生成的重要角色 — 的產生,促使卵巢發育。


基因調控(notch)

蚊子的卵產出來的時候是透明偏白的,過了一小時左右會變黑、變硬,保護蚊子的卵抵抗惡劣的環境,提高卵的生存率。而將 Notch 基因關起來,會讓卵仍保持透明的狀態,這樣的卵無法孵化,對蚊子的生殖產生巨大的衝擊。這是由於 Notch 基因被關掉的時候,卵上讓精子鑽進去的 micropilar hole 不會生成,使卵無法受精。這一個研究的發現,給了科學家很重要的啟示。如果能夠去影響蚊子的生殖、能找到抑制蚊子生殖的基因,那麼在蚊子的數量上就能有相當好的控制。

登革熱疫情

登革熱在東南亞、南美洲、非洲等地區每年都有相當嚴重的疫情,而在台灣也是每年都有數百到數千例,主要集中在台南和高雄地區;2014 年感染人數破萬,2015 年更高達四萬多個病例,是自 1999 年有記錄起的最高峰。

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蚊媒疾病防治策略

蚊媒疾病的防治策略主要有疫苗、藥物和蚊媒控制。其中登革熱目前的疫苗成效不彰,也沒有藥物,因此主要多從控制蚊媒的數量下手。蚊媒控制又分為殺蟲劑、基因轉殖及生物防治等三大塊。其中殺蟲劑由於是化學物質,會影響環境,又會產生抗藥性;而基因轉殖有執行上的困難,國人也多半對此帶有恐懼;因此,利用共生菌使蚊子數量下降、又帶有抵抗登革病毒能力的生物防治方式,遂成為目前研究的主力。

與蚊子的戰爭

過去科學家曾做過許多嘗試,例如用輻射使雄蚊不孕,野放與野生雌蚊交配(雌蚊一生只能交配一次)、或利用基因轉殖讓蚊子體內帶有致死蛋白,遺傳給後代使後代死亡等,但都有執行上相當程度的困難。近年來,科學家主要針對一個存在於 60-70% 節肢動物的共生菌 — Wolbachia 來做研究。Wolbachia 大量存在於節肢動物中,瘧蚊和埃及斑蚊卻沒有,因此可以拿來作為改造的對象。


Wolbachia

Wolbachia 雖存在許多節肢動物中,但研究顯示,在許多蚊子身上,Wolbachia 會造成細胞質不相容性、雌性化、孤雌生殖和雄性子代死亡等現象。這些現象都影響了蚊子的生殖繁衍。其中最重要的是細胞質不相容性,cytoplasmic incompatibiliy。 Wolbahchia 針對埃及斑蚊主要有三個功用,第一,野生雌蚊與感染 Wolbachia 的雄蚊交配後,無法產下下一代,造成蚊子數量減少;第二,感染 Wolbachia 的雌蚊雖與野生雄蚊交配後不會影響子代發育,但會讓子代也都帶有 Wolbachia,這些帶有 Wolbachia 的蚊子都具有抵抗登革病毒在體內複製的能力;第三,感染 Wolbachia 的蚊子壽命會較短。現今研究主要是利用其中前兩項功用。

在安全性考量方面,也是在做野放前需教育民眾的部份,Wolbachia 只會針對特定的物種,不會影響所有生物;並且由於埃及斑蚊是外來物種,減少數量或消滅牠們,對於生態的影響程度也較低;此外,釋放出的為雄蚊,不會吸人血,Wolbachia 也不會感染人類,對人類並無影響。由於 Wolbachia 是經由卵來傳播,雌蚊帶有 Wolbachia,其子代也都會有,在執行方面相對來說是較為容易的。目前巴西、新加坡等國家都在大量野放測試中,台灣也正在計畫中。

PPAP

蕭教授利用時下流行的 PPAP,做了防治登革熱疫情的總結。藉由 Prevention、Protection、Awareness、Production,做好自身的保護,並結合政府政策,清除孳生源、噴灑藥劑和生物防治方法多管齊下,才能有效去抑制登革熱的疫情。

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Q & A 時間

這次的演講結束之後,提問也是相當踴躍。除了釐清演講內容的疑惑,更有一些有趣的問題。蚊子一定要刺穿皮膚才能吸血嗎?如果放在一個容器裡給牠行不行?答案是,實驗室中的確有人工吸血的方式及裝置,但由於蚊子是被我們的體溫、體味和呼出的二氧化碳吸引來的,人工給血的方式也需做到這些才能吸引蚊子來吸取。不過,人喜歡吃新鮮的食物還是微波食品呢?蚊子當然也喜歡活體的血液。那…吃素還是吃肉比較容易被蚊子咬呢?蕭教授笑說,跟吃的食物無關,蚊子對於體味相較於人類敏感很多,容易吸引蚊子咬的人是他們的體味較為吸引蚊子。高主任也給予學生一個發想,也許這可以成為一個科展題目,將全班分成兩組,分別吃葷和吃素來比較,會不會食物影響體味、進而影響蚊子的喜好度呢?

由於參加者很多是高中的學生,因此演講中,蕭教授拿出一張照片,讓與會者找找裡面有幾隻蝴蝶?借此告訴大家,在做科學的過程中,很多時候乍看不行,實際認真去探討、研究,才會發現是完全不同的樣貌;結束時又引用胡適的話來勉勵學子「要怎麼收穫,先那麼栽」,以及「寧繁勿略、寧下勿高、寧近勿遠、寧拙勿巧」來勸勉想投入科學的人們,在做科學時要按照步驟,不要省略;腳踏實地,不要好高騖遠;寧可多做、慢一點,不要取巧;有的時候,看似輕鬆的道路,不一定能最快抵達終點。

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圖片來源:
CASE 講座提供

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