沃尔巴克氏菌如何使蚊子不育？

蚊子自古以来就是人类的“宿敌”。蚊虫叮咬不仅引起红肿瘙痒，而且是疟疾、登革热等疾病的主要传播者。这些疾病每年在全球造成70多万人死亡。近年来，生物防治逐渐成为控制蚊媒疾病传播的热点，其中利用共生菌沃尔巴克氏菌使蚊子“不育”的方法极为有效。

近日，天津大学生命科学学院王泽芳教授团队解决了科学家如何操纵细菌导致蚊子不育的分子机制，对于利用沃尔巴克氏菌和该策略中最常见的细胞质不亲和性(CI)控制蚊媒疾病和农业害虫具有重要意义。该研究论文发表在国际学术期刊《美国科学院院刊》上。

蚊媒疾病的生物防治方法有很多。

“目前对蚊虫进行生物防治的策略主要有：以蚊虫天敌杀灭幼虫或成虫；利用无菌技术控制蚊虫种群；利用蚊子的病原微生物作为控制策略来消灭它们。”据王泽芳介绍，天敌的生物防治主要采用食蚊鱼、肉食性弓形虫、独眼巨人等。捕食蚊子幼虫或成虫，从而减少蚊子数量。

随着基因工程技术的发展，科学家希望通过基因改造使蚊子失去繁殖能力，然后释放到环境中与自然界的蚊子产生后代，从而破坏蚊子种群结构，达到减少甚至消灭蚊子种群的目的。或者利用基因编辑技术将抗病毒基因“植入”蚊子体内，从而对虫媒病毒产生抗性，从而降低蚊子传播病毒的能力。

此外，目前常用的病原微生物灭蚊策略是利用真菌和细菌实现灭蚊。其中，利用共生菌沃尔巴克的方法极为有效。“沃尔巴赫菌是一种广泛存在于自然界节肢动物中的共生菌。沃尔巴克氏体感染可导致宿主雌性化、孤雌生殖、去雄和细胞质不亲和，进而影响宿主的繁殖。”王泽芳解释说，如果一只雄性蚊子感染了沃尔巴克氏菌，与一只未感染的雌性蚊子交配，就会出现生殖不相容，导致胚胎死亡，无法繁殖。

自1967年沃尔巴赫菌在缅甸首次被用作控制致倦库蚊的种群控制策略以来，基于草菇巴氏杆菌的蚊虫种群控制取得了重大进展。例如，今年，印度尼西亚日惹社区释放了感染沃尔巴赫氏菌的蚊子，使登革热发病率降低了77%。

破解细菌对雌蚊的杀菌机制。

事实上，从1938年到1960年代，人们发现，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，科学家进一步发现，这种现象是由感染沃尔巴克氏菌的昆虫的CI引起的。CI也可以通过用沃尔巴克氏菌感染伊蚊来诱发。然而，“细胞质不亲和因子是如何工作的”这个问题一直困扰着研究者。

直到2017年，才终于发现了Cif的真面目。这些因子由两种蛋白质组成，称为细胞质不亲和因子A(CifA)和B(CifB)，它们被编码在细菌基因组的操纵子样结构中据王泽芳介绍，已发现这两种因子在雄性果蝇中同时表达可产生CI；雌性果蝇只表达CifA，可以避免CI。

为了弄清Cif是如何工作的，人们提出了许多不同的模型。两种主要模型是“宿主修饰模型”和“毒素-抗毒素模型”。其中，只有毒素-抗毒素模型明确了CifA和CifB联合应用是避免CI的关键。然而，到岸价格在竞争情报的产生和拯救中的作用一直受到广泛争议。

通过研究CifA和CifB的复杂结构，王泽芳团队发现，CifA和CifB的结合可以形成典型的“三区”结合界面。体外生化实验证实了“三区”结合界面上的关键氨基酸残基。如果这些关键氨基酸发生突变，可以有效破坏CifA和CifB之间的相互作用。在果蝇身上的实验进一步证实，如果CifA和CifB之间的相互作用被破坏，并且CifA和CifB因子不能有效结合，则CifA将失去避免CI的能力。“这些实验证实了CifA和CifB之间的相互作用对于避免CI非常重要，这与‘毒素-抗毒素模型’模型的预测是一致的。”王泽芳说。

这项工作为从分子水平理解CI奠定了基础，对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。