沃尔巴克氏菌是如何让蚊子“不孕不育”的？

蚊子，自古以来就是人类的宿敌蚊子叮咬不仅会引起红肿瘙痒，它们也是疟疾，登革热等多种疾病的主要传播者这些疾病每年会在全世界造成超过70万人死亡最近几年来，生物防治逐渐成为控制蚊媒疾病传播的热点，这其中利用共生细菌沃尔巴克氏菌让蚊子不孕不育的方法极为有效

最近几天，天津大学生命科学学院王泽方教授团队破解了科学家如何操纵细菌导致蚊子不孕不育的分子机制，对利用沃尔巴克氏菌及该策略中最为常见的胞质不相容性防控蚊媒疾病和农业虫害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

生物防控蚊媒疾病办法多

目前生物防治蚊虫的策略主要有:利用蚊子的天敌杀死幼虫或成虫，利用不育技术控制蚊子的种群，利用蚊子的病原微生物作为控制策略将其消灭王泽方介绍，其中利用天敌的生物防控主要通过利用食蚊鱼，肉食性弓形虫，中剑水蚤等对蚊子的幼虫或者成虫进行捕食从而达到减少蚊子种群数量的目的

另外，目前比较常用的病原微生物控蚊策略，通过使用真菌和细菌实现控蚊的目的其中利用共生细菌沃尔巴克氏菌的方法极为有效沃尔巴克氏菌是在自然界节肢动物体内广泛存在的一种广义上的共生菌沃尔巴克氏菌感染能够导致宿主产生雌性化，孤雌生殖，杀雄以及胞质不相容性等现象，进而影响宿主的繁殖王泽方解释道，如果雄性蚊子感染沃尔巴克氏菌，与没有感染的雌蚊交配，就会出现生殖不亲和，令胚胎死亡，无法传宗接代

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的致倦库蚊以来，基于沃尔巴氏克菌的蚊子种群控制取得了重大进展比如今年在印度尼西亚日惹市的社区中释放沃尔巴克氏菌感染的蚊子，使得该区域登革热的发病率降低了77%

破解细菌让雌蚊绝育的机制

其实从1938年开始到20世纪60年代，人们就已发现，对于某些昆虫来说，来自一个地区的雄性无法与来自另一个地区的雌性产生后代而来自同一地区的昆虫则可以正常繁殖

20世纪70年代初，科学家进一步发现，这种现象是由于昆虫被沃尔巴克氏菌感染，产生CI而导致的利用沃尔巴克氏菌感染伊蚊，也可以诱导产生CI但胞质不相容性因子是如何工作的这一问题一直困扰着科研人员

直到2017年，Cif的真面目才终于被人们发现这类因子由两个蛋白组成，分别被称为胞质不相容性因子A和B，它们编码在细菌基因组的一个类似操纵子的结构中王泽方介绍，人们发现，在雄性果蝇中同时表达这两种因子，可以产生CI，在雌性果蝇中只表达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的结合是避免CI的关键但Cif在CI的产生和拯救过程中的作用一直存在广泛争论

王泽方团队通过研究CifA与CifB因子的复合物结构，发现CifA与CifB相互结合后可形成典型的三区域结合界面，体外生化实验确认了三区域结合界面上的关键氨基酸残基，如果让这些关键氨基酸发生突变，可高效破坏CifA和CifB间相互作用在果蝇体内进行的实验还进一步确认，如果破坏CifA和CifB间相互作用，导致CifA和CifB因子不能有效结合，CifA就会失去避免CI的能力这些实验证实CifA和CifB之间的相互作用对于避免CI至关重要，与‘毒素—抗毒素模型’模型的预测相符合王泽方表示

这一工作为在分子水平上理解CI奠定了基础，对利用沃尔巴克氏菌和CI防控蚊媒疾病和农业虫害具有重要意义。

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