蚊子，一直被视为人类历史上最令人头疼的昆虫之一。它们的叮咬不仅带来恼人的瘙痒，更严重的是，它们是多种致命疾病的主要传播媒介。迄今为止，全球已发现超过 300 种由蚊子传播的病毒，其中包括疟疾、黄热病、登革热和寨卡病毒等。这些疾病对全球公共卫生构成了巨大的威胁，令人谈蚊色变。事实上，如果将传播的疾病带来的死亡也算上，蚊子当之无愧是全球杀人最多的动物。
然而，荷兰莱顿大学的科学家最近取得了一项突破性进展：通过对疟原虫进行创新性的基因改造，使蚊子能够携带改造后的疟原虫为人类接种疫苗。这一技术的成功，或将使蚊子从令人厌恶的“人类公敌”摇身一变，成为保护健康的“防疟助手”。这到底是怎么回事呢？下面咱们就来聊聊。
蚊子能为人类“打疫苗”？
疟疾，是一种由疟原虫引起的传染病，主要通过受感染的按蚊叮咬传播给人类。疟疾主要在热带和亚热带地区流行，尤其是非洲和东南亚地区，发病率较高。尽管目前已有两种获批准的疟疾疫苗，疟疾依然每年感染约 2.5 亿人，导致全球约 60 万人死亡，是全球公共卫生面临的重大挑战之一。
青蒿素和其他抗疟药联用的“青蒿素联合疗法”是治疗恶性和重症疟疾的推荐疗法，2015 年中国科学家屠呦呦因发现青蒿素而获得诺贝尔生理学或医学奖图源：新华社
疟原虫是如何通过蚊子进入人体的呢？普通的带有疟原虫的雌性按蚊叮咬人类后，疟原虫的幼虫会随蚊子的唾液注入人的血液中。疟原虫在人体内经过 7 到 14 天发育成熟后，进入红血球并迅速繁殖，导致红血球破裂。当红血球破裂时，新一代的疟原虫被释放到血液中，继续感染更多的红血球，形成恶性循环，甚至可能致人死亡。
与此不同的是，经过基因工程改造的“改良版疟原虫”GA2 在感染人体后大约 6 天便会停止进一步发育，不会引起红血球破裂，也不会导致接种者患上疟疾，但是能够有效激发免疫反应，从而发挥类似疫苗的保护作用。
为了测试接触寄生虫是否有助于人类对疟疾产生免疫力，研究人员进行了小规模的临床试验。在实验中，实验组的参与者首先被携带“改良版疟原虫”GA2 的蚊子叮咬，三周后再接触携带普通疟原虫的蚊子。结果显示，89%被 GA2 蚊子叮咬的参与者在接触携带疟原虫的蚊子后未感染疾病，其保护率要高于目前已获批准的两种疟疾疫苗（保护率约为 75%），也高于感染人体后 24 小时便停止发育的改良疟原虫 GA1（约 13%）。
尽管初步结果令人鼓舞，但要实现广泛应用，目前的临床实验规模只有 20 人，因此蚊子疫苗的安全性和有效性还需要进一步验证，要实现广泛应用还有很长的路要走。
以蚊治蚊？
为了防治通过蚊子传播的传染病，这不是科学家第一次对蚊子下手。
早在 2010 年，中山大学与密歇根州立大学热带病虫媒控制联合研究中心的奚志勇教授团队，给伊蚊注射了一种改良内共生细菌——沃尔巴克氏体，成功阻断了伊蚊传播登革热病毒的能力。
登革热是一种通过伊蚊传播的疾病，感染登革热病毒后，患者可出现高热、头痛、关节痛等症状，严重者可能发展为出血热或休克症候群，危及生命。目前仍没有特效的抗病毒药物能够直接治疗登革热。
研究发现，注射沃尔巴克氏体后，沃尔巴克氏体能抑制登革热主要的传播媒介——埃及伊蚊体内的登革病毒复制和传播，从而阻止了病毒的传染。此外，沃尔巴克氏体的免疫特性还能遗传给蚊子的后代，进一步降低了蚊子传播登革热的风险。后来，奚志勇教授团队将这一方法进一步扩展到疟疾、寨卡病毒等疾病防治，开创了蚊虫免疫调控的新思路。
田间地点、释放时间表和 HC 雄性释放对幼虫的抑制 图源：文献[6]
2016 年，奚教授团队经农业部批准，开始在广州两个孤立的河流岛屿的居民区大规模投放注射过三重沃尔巴克氏体的“绝育雄蚊”。这些“绝育雄蚊”与野外雌蚊交配后无法产卵，导致种群无法繁殖。
通过维持一定时间的优势比例，最终实现了对野外蚊子种群的压制，达到控制甚至根除传病蚊种的效果。在两年的时间里，团队释放了数百万只“绝育雄蚊”，成功使这两个居民区的野生白纹伊蚊种群几乎完全消失。随着技术的不断发展，释放的范围也已经逐步扩大到广东多个城市。
正在释放“绝育雄蚊“的科研人员 图源：广州日报
以蚊子为老师？
除了防治传染病，科学家们还从蚊子身上汲取了很多灵感，用于仿生科技。
你可能会好奇，为什么蚊子吸血时几乎没有痛感，而打针时却如此疼痛？这是因为蚊子的口器平均长度仅为 1.5 毫米，直径却不到 0.1 毫米，细得几乎感觉不到。而我们常见的注射器针头直径通常在 0.45 到 0.7 毫米之间，比蚊子的口器粗至少四倍以上。
蚊子口器的扫描电镜图像，显示上颌骨和盂唇的元素 图源：文献[4]
这么细小的口器是如何轻松刺破我们的肌肤的？通过显微镜观察，科学家发现蚊子的口器由多个部分组成，包括上唇、下唇、舌、上颚和下颚。蚊子吸血时，最先攻击的是上颚，它像一根锋利的针刺入皮肤；接着，下颚带有锯齿，反复切割皮肤，帮助口器深入。蚊子的上颚和下颚会以每秒 10~15 次的频率，反复刺入和切割，寻找合适的毛细血管。当蚊子找到合适的血管后，舌就开始注入唾液，防止血液凝固，并麻醉皮肤减少痛感。最后，上唇负责插入血管，开始吸血。
从蚊子口器中汲取灵感，美国天普大学的科学家设计了一种仿生手术针。通过使用聚氯乙烯凝胶进行测试，他们发现这种特殊结构的针头比普通针头更高效。与传统针头相比，锯齿状的针头在穿透凝胶时减少了约 60%的阻力，同时使组织变形的面积减少了约 36%。如果再模仿蚊子口器的振动方式，摩擦阻力还可以进一步降低约 10%。
3D 打印的蚊子灵感针头 图源：文献[4]
此外，2023 年，中国科学院上海微系统与信息技术研究所的研究团队也受蚊子口器结构的启发，研制出一种仿生柔性神经探针。该探针能够穿透硬脑膜，实现多脑区的微创植入，并可感知植入过程中颅内血管的存在，提供损伤预警。这进一步展示了仿生设计在医疗器械领域的广阔应用前景。
从基因工程改造的疟原虫、沃尔巴克氏体的生物防治策略，到仿生技术的应用，科学家们通过创新手段，不仅有效抑制了蚊子传播疾病的能力，还从蚊子的生物机制中汲取了许多宝贵的灵感，推动了医学和工程技术的进步。未来，蚊子或许会成为推动公共卫生和科技创新的重要“桥梁”。
参考文献
[1] 殷启凯 , 付士红 , 王环宇 , 梁国栋. 我国蚊传虫媒病毒及蚊传虫媒病毒病现状及展望. 中国热带医学. 2024, 24(4): 478-485
[2] Lamers O A C, Franke-Fayard B M D, Koopman J P R, et al. Safety and Efficacy of Immunization with a Late-Liver-Stage Attenuated Malaria Parasite[J]. New England Journal of Medicine, 2024, 391(20): 1913-1923.
[3] Kudiabor H. This malaria vaccine is delivered by a mosquito bite[J]. Nature.
[4] Gidde S T R, Islam S, Kim A, et al. Experimental study of mosquito-inspired needle to minimize insertion force and tissue deformation[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part H: Journal of Engineering in Medicine, 2023, 237(1): 113-123.
[5] Singh B, Ahmad K A, Murugaiah M, et al. Quasi-steady aerodynamic modeling and dynamic stability of mosquito-inspired flapping wing pico aerial vehicle[J]. Frontiers in Robotics and AI, 2024, 11.
[6] Zheng X, Zhang D, Li Y, et al. Incompatible and sterile insect techniques combined eliminate mosquitoes[J]. Nature, 2019, 572(7767): 56-61.
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