【探索生命讲座】魔兽崛起:吸血鬼的诞生

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由台大科学教育发展中心 CASE 所举办的探索系列讲座第十六期,“命孕交响曲的四大乐章—发生、错生、重生及再生”,第四讲的主题为“魔兽崛起:吸血鬼的诞生”,由台大医学院寄生虫学科萧信宏教授主讲。由于台湾登革热疫情在前两年相当严重,病媒蚊的传播速度远超过我们的想像,萧教授借由这次讲座分享这会传播疾病的吸血鬼,牠会造成的疾病及严重程度,以及现代科学家运用何种方式,借由影响蚊子的生殖来抑制病媒蚊的数量。

台大医学院寄生虫学科 萧信宏教授

台大医学院寄生虫学科 萧信宏教授

蚊子传播的疾病

蚊子主要传播的疾病较为大宗的有疟疾、登革热和兹卡病毒;除此之外,屈公病、日本脑炎、西尼罗河病毒也是由蚊子担任传播的媒介。以疟疾来说,每年会造成三亿到五亿的人感染,八十万人死亡,对人类性命的威胁性相较于众多癌症仅次于肺癌;而如此大量的感染病例也对家庭、社会、经济甚至国家造成很大的影响。蚊子更在众多动物中,位居造成人类死亡数量第一名的位置。


蚊子的种类 / 常见的病媒蚊

隶属于节肢动物门、昆虫纲的蚊子,分为三个亚科—疟蚊、家蚊和巨蚊。全世界有超过 3000 种的蚊子,而宝岛台湾则有高达 138 种。台湾常见的蚊子种类除了有睡觉时常在耳边嗡嗡扰人的热带家蚊、日本脑炎的病媒蚊三斑家蚊、大楼地下室常见的地下家蚊,更有传播登革病毒的埃及斑蚊和白线斑纹,以及几种疟蚊。其中,传播登革病毒最大宗的是埃及斑蚊,这也是科学家目前在防治登革热疫情主要针对的目标种类。


卵黄生成 Vitellogenesis

蚊子羽化后最重要的事情就是交配了。在交配之后雌蚊会将精子储存在体内的储精囊中,等待卵子成熟排出的时刻将精子释出,顺而受精产出。卵子要如何成熟呢?这就是母蚊子为什么要吸血的原因了。在吸血之后,血液分为两条路径去促使卵巢成熟。其中一个是刺激脑部释放贺尔蒙刺激卵巢,卵巢受刺激后也释放出贺尔蒙 ecdysone 去影响脂肪体,脂肪体就会分泌出一些 YPP — Yolk Protein Precursor,刺激卵巢发育成熟及产卵,其中最重要的是卵黄素 Vg;另一个则是由于血液中有大量胺基酸,这些胺基酸透过穿膜蛋白,活化一些信号传递路径如 TOR pathway,一连串的活化、刺激,最终也会激发卵黄素 Vg — 卵黄生成的重要角色 — 的产生,促使卵巢发育。


基因调控(notch)

蚊子的卵产出来的时候是透明偏白的,过了一小时左右会变黑、变硬,保护蚊子的卵抵抗恶劣的环境,提高卵的生存率。而将 Notch 基因关起来,会让卵仍保持透明的状态,这样的卵无法孵化,对蚊子的生殖产生巨大的冲击。这是由于 Notch 基因被关掉的时候,卵上让精子钻进去的 micropilar hole 不会生成,使卵无法受精。这一个研究的发现,给了科学家很重要的启示。如果能够去影响蚊子的生殖、能找到抑制蚊子生殖的基因,那么在蚊子的数量上就能有相当好的控制。

登革热疫情

登革热在东南亚、南美洲、非洲等地区每年都有相当严重的疫情,而在台湾也是每年都有数百到数千例,主要集中在台南和高雄地区;2014 年感染人数破万,2015 年更高达四万多个病例,是自 1999 年有记录起的最高峰。

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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、药物和蚊媒控制。其中登革热目前的疫苗成效不彰,也没有药物,因此主要多从控制蚊媒的数量下手。蚊媒控制又分为杀虫剂、基因转殖及生物防治等三大块。其中杀虫剂由于是化学物质,会影响环境,又会产生抗药性;而基因转殖有执行上的困难,国人也多半对此带有恐惧;因此,利用共生菌使蚊子数量下降、又带有抵抗登革病毒能力的生物防治方式,遂成为目前研究的主力。

与蚊子的战争

过去科学家曾做过许多尝试,例如用辐射使雄蚊不孕,野放与野生雌蚊交配(雌蚊一生只能交配一次)、或利用基因转殖让蚊子体内带有致死蛋白,遗传给后代使后代死亡等,但都有执行上相当程度的困难。近年来,科学家主要针对一个存在于 60-70% 节肢动物的共生菌 — Wolbachia 来做研究。Wolbachia 大量存在于节肢动物中,疟蚊和埃及斑蚊却没有,因此可以拿来作为改造的对象。


Wolbachia

Wolbachia 虽存在许多节肢动物中,但研究显示,在许多蚊子身上,Wolbachia 会造成细胞质不相容性、雌性化、孤雌生殖和雄性子代死亡等现象。这些现象都影响了蚊子的生殖繁衍。其中最重要的是细胞质不相容性,cytoplasmic incompatibiliy。 Wolbahchia 针对埃及斑蚊主要有三个功用,第一,野生雌蚊与感染 Wolbachia 的雄蚊交配后,无法产下下一代,造成蚊子数量减少;第二,感染 Wolbachia 的雌蚊虽与野生雄蚊交配后不会影响子代发育,但会让子代也都带有 Wolbachia,这些带有 Wolbachia 的蚊子都具有抵抗登革病毒在体内复制的能力;第三,感染 Wolbachia 的蚊子寿命会较短。现今研究主要是利用其中前两项功用。

在安全性考量方面,也是在做野放前需教育民众的部份,Wolbachia 只会针对特定的物种,不会影响所有生物;并且由于埃及斑蚊是外来物种,减少数量或消灭牠们,对于生态的影响程度也较低;此外,释放出的为雄蚊,不会吸人血,Wolbachia 也不会感染人类,对人类并无影响。由于 Wolbachia 是经由卵来传播,雌蚊带有 Wolbachia,其子代也都会有,在执行方面相对来说是较为容易的。目前巴西、新加坡等国家都在大量野放测试中,台湾也正在计画中。

PPAP

萧教授利用时下流行的 PPAP,做了防治登革热疫情的总结。借由 Prevention、Protection、Awareness、Production,做好自身的保护,并结合政府政策,清除孳生源、喷洒药剂和生物防治方法多管齐下,才能有效去抑制登革热的疫情。

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Q & A 时间

这次的演讲结束之后,提问也是相当踊跃。除了厘清演讲内容的疑惑,更有一些有趣的问题。蚊子一定要刺穿皮肤才能吸血吗?如果放在一个容器里给牠行不行?答案是,实验室中的确有人工吸血的方式及装置,但由于蚊子是被我们的体温、体味和呼出的二氧化碳吸引来的,人工给血的方式也需做到这些才能吸引蚊子来吸取。不过,人喜欢吃新鲜的食物还是微波食品呢?蚊子当然也喜欢活体的血液。那…吃素还是吃肉比较容易被蚊子咬呢?萧教授笑说,跟吃的食物无关,蚊子对于体味相较于人类敏感很多,容易吸引蚊子咬的人是他们的体味较为吸引蚊子。高主任也给予学生一个发想,也许这可以成为一个科展题目,将全班分成两组,分别吃荤和吃素来比较,会不会食物影响体味、进而影响蚊子的喜好度呢?

由于参加者很多是高中的学生,因此演讲中,萧教授拿出一张照片,让与会者找找里面有几只蝴蝶?借此告诉大家,在做科学的过程中,很多时候乍看不行,实际认真去探讨、研究,才会发现是完全不同的样貌;结束时又引用胡适的话来勉励学子“要怎么收获,先那么栽”,以及“宁繁勿略、宁下勿高、宁近勿远、宁拙勿巧”来劝勉想投入科学的人们,在做科学时要按照步骤,不要省略;脚踏实地,不要好高骛远;宁可多做、慢一点,不要取巧;有的时候,看似轻松的道路,不一定能最快抵达终点。

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图片来源:
CASE 讲座提供

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