沃尔巴克氏体如何帮助我们应对世界上一些最被忽视的热带疾病

This entry is part 59 of 59 in the series Our World In Data

How Wolbachia bacteria could help us tackle some of the world’s most neglected tropical diseases

一种常见的细菌可以显着减少登革热和其他热带疾病的传播。

引用本文自由重复使用我们的作品

对人类构成最大威胁的动物不是狮子、鲨鱼或蛇,它们是微小的蚊子。蚊子每年仅死于疟疾就导致超过 600,000 人死亡,但它们也携带和传播许多其他热带疾病。

其中之一是登革热。它是热带和亚热带地区发现的常见疾病, 每年约有 6000 万例记录病例

对于大多数人来说,登革热的症状非常令人不快:发烧、剧烈头痛、恶心、关节和肌肉疼痛,有时还会出现皮疹。有些人死于它。每年约有 25,000 人死于登革热,几乎全部死于亚洲。从这个角度来看,在过去十年的大多数年份中, 全球在所有自然灾害中死亡的人数总和不到 25,000 人。 结束登革热就像结束洪水、野火、飓风和其他灾害造成的死亡人数。

与其他一些热带疾病不同,登革热没有特定的抗病毒治疗方法,虽然存在疫苗,但没有一种疫苗能提供与麻疹或脊髓灰质炎等疾病疫苗相媲美的普遍保护。

然而,一种有前途的解决方案可以显着减少感染的传播和患有严重疾病的人数:沃尔巴克氏体方法。

沃尔巴克氏体是一种微小的细菌,天然存在于大约一半的昆虫物种中,包括果蝇、蜜蜂、甲虫、飞蛾、蜻蜓、蝴蝶和一些蚊子。

“昆士兰远北地区现在基本上是 100 多年来第一次没有登革热的地区”

最常传播登革热的蚊子——埃及伊蚊——天然不含沃尔巴克氏体。但科学家们发现,当这些蚊子被培育出来携带病毒时,它们在人与人之间传播病毒的可能性要小得多。这不仅适用于登革热,也适用于黄热病、寨卡病毒和基孔肯雅热等其他疾病。这种新方法有望最终为人类提供一种有效的工具来对抗几种热带被忽视的疾病。

在本文中,我将重点介绍如何使用沃尔巴克氏体来对抗登革热。我将研究这种创新的新方法是如何工作的,它在减少传播方面的效果如何,以及如何在热带地区推广以保护尽可能多的人。

沃尔巴克氏体方法的工作原理

要了解沃尔巴克氏体如何阻止疾病的传播,我们必须首先了解蚊子是如何传播它们的。蚊子不会自然携带这些热带疾病。相反,雌性蚊子在叮咬已经感染登革热、黄热病或寨卡病毒的人时会感染病毒。当他们咬下一个受害者时,他们可以将其传递下去。

传播是在人与人之间,但蚊子充当了信使。

沃尔巴克氏体方法之所以有效,是因为它可以阻止病毒感染在蚊子体内发展。它可以增强其免疫系统,并且由于蚊子需要资源才能生存,因此它减少了病毒生长所需的可用资源(例如胆固醇)。沃尔巴克氏体使病毒更难繁殖,如果它们不存在于蚊子体内,它们就无法传染给下一个人。

但是科学家们是如何培育出沃尔巴克氏体阳性蚊子的整个种群的呢?

首先,他们从自然携带沃尔巴克氏体的昆虫中提取沃尔巴克氏体细菌。大约一半的昆虫会这样做,所以我们永远不会短缺。然后,在显微镜下,他们将这些细菌注射到埃及伊蚊胚胎中。这是一个非常精细的过程,需要非常细的针头和大量的专业知识。即便如此,许多胚胎也无法存活。然而,那些这样做的蚊子会被培养成成蚊子。

第二步是在实验室中培育出沃尔巴克氏体阳性蚊子群落。这是通过将雌性与沃尔巴克氏体一起带走并让它们与雄性蚊子交配来完成的。 沃尔巴克氏体不仅会传染给雄性,还会传染给雌性产生的蚊子后代。

一旦建立了足够多的携带沃尔巴克氏体的蚊子种群,它们就会被释放到野外,在那里它们与自然种群混合。这部分过程可能需要大型志愿者团队。在它们的一生中,蚊子通常不会飞到距离它们孵化的地方超过 150 米,因此您需要多次间隔释放才能覆盖即使只有几十平方公里的区域。经过几代人(通常在三到六个月内),当地环境中越来越多的蚊子变成“沃尔巴克氏体阳性”,直到几乎所有的蚊子都携带这种细菌。这意味着它们不会携带或传播登革热等病毒给人类。

在下图中,我总结了这个过程。

该插图解释了使用沃尔巴克氏体细菌减少登革热和其他热带疾病传播的过程。它包括六个步骤:1. 沃尔巴克氏体是一种在许多昆虫中发现的细菌,被注射到埃及伊蚊胚胎中。
2. 只有一些幼虫发育成成蚊,然后被分离为感染沃尔巴克氏体的雌性蚊子。
3. 这些受感染的雌性与未感染的雄配,产生沃尔巴克氏体阳性的后代。
4. 进行大规模繁殖计划,在实验室环境中创建一个大型沃尔巴克氏体阳性蚊子群。
5. 沃尔巴克氏体阳性的蚊子被释放到野外,在那里它们与未感染的蚊子交配,导致沃尔巴克氏体感染的蚊子数量增加。
6. 这一过程有助于阻止蚊子携带登革热等疾病,从而降低传播水平并保护个体免受感染。底部部分将信息来源归功于世界蚊子计划和名词项目,指出数据和研究来自我们的数据世界,作者归功于汉娜·里奇。

这种方法往往是自我维持的,因此一旦蚊子成功“释放”,就不需要重复。

该方法不涉及蚊子种类的基因改造;它只是依赖于一种天然细菌,这种细菌在昆虫和许多其他蚊子物种中极为常见。人类每天都会通过他们吃的食物和叮咬它们的昆虫接触到这些细菌。目前还没有与接触它相关的健康风险报告。

沃尔巴克氏体项目将登革热感染人数减少了四分之三以上

很多事情在理论上应该有效;问题是它们是否在实践中也有效。沃尔巴克氏体方法怎么样?

最著名的试验之一是世界蚊子计划在日惹进行的,日惹是印度尼西亚的一个城市,受到登革热和其他被忽视的热带疾病严重影响。 与当地社区(人口约 310,000 人)合作,研究地点分为 24 个区域,每个区域面积约 1 平方公里。

在印度尼西亚的试验中,感染沃尔巴克氏体的蚊子将登革热感染率降低了 77%,住院率降低了 86%

其中 12 个地区是随机选择的,用于释放感染沃尔巴克氏体的蚊子。其他 12 人没有接受沃尔巴克氏体治疗(因此是“对照”)。通过比较有和没有感染沃尔巴克氏体的地区的登革热感染情况,研究人员可以了解它在阻止传播方面的有效性。请注意,这涉及在九个月内每隔几周释放一次蚊子,因此这不是一次“一次性”释放。

结果令人震惊。沃尔巴克氏体使登革热的发病率(新感染人数)降低了 77%,在沃尔巴克氏体治疗的地区,登革热住院人数降低了 86%。下图总结了这些结果。

数据可视化展示了在印度尼西亚日惹进行的一项随机对照试验的结果,该试验分析了感染沃尔巴克氏体的蚊子对登革热的影响。顶部显示了比较新登革热感染数量的条形图:在没有治疗的地区,有 310 例病例,而有沃尔巴克氏体治疗的地区有 67 例,表明新感染减少了 77%。底部描绘了另一个比较登革热住院人数的条形图:未治疗的地区有 102 人住院,治疗地区只有 13 人住院,表明住院人数减少了 86%。背景提供了背景信息,指出沃尔巴克氏体是一种存在于许多昆虫中的天然细菌,并且该注释强调了它在减少登革热传播方面的作用。该数据源被引用为 Utarini 等人 2021 年的一项研究,信息来自我们的数据世界,由作者 Hannah Ritchie 根据 CC-BY 许可。

在比较一段时间内的登革热感染率时,我们也可以看到这种影响。在下图中,我们可以看到接受沃尔巴克氏体治疗的地区的登革热病例为红实线,未接受治疗的地区的登革热病例为蓝线。在 2016 年沃尔巴克氏体释放之前的时期,所有这些地区都在相似的时间经历了大规模爆发。但在部署沃尔巴克氏体(末端的阴影区)后,接受处理的区域的水平明显低于未进行处理的区域。这表明它能有效减少病毒的传播。

但正如您在图表中看到的那样,即使在沃尔巴克氏体治疗的地区,登革热感染人数也没有下降到零。这就是为什么可能仍然需要将其与其他控制方法(例如有效的疫苗、喷雾剂和蚊帐)相结合,以确保每个人都受到保护。与没有任何沃尔巴克氏体处理的情况相比,需要这些其他干预措施的规模要小得多,而且结果将远远好于仅使用喷雾剂或蚊帐所能达到的结果。

这张图片显示了一张图表,比较了印度尼西亚日惹引入沃尔巴克氏体阳性蚊子前后的登革热发病率。横轴表示2006年至2018年,纵轴表示每10万人登革热病例数,范围为0至70。两条线代表数据:橙色实线表示接受沃尔巴克氏体治疗的地区的登革热病例,而蓝色虚线表示未接受治疗的对照地区的病例。在 2016 年 8 月引入沃尔巴克氏体蚊子之前,这两个地区都经历了高水平的登革热爆发。然而,从干预开始,实线显示病例显着下降,特别是在 2017 年 3 月治疗完成之后。图表上的注释强调,与没有沃尔巴克氏体的地区相比,有沃尔巴克氏体的地区登革热水平要低得多。图像底部包括数据源引用,提到了 Citra Indriani 及其同事的研究,并将其描述为准实验试验。

印度尼西亚并不是我们唯一有证据表明这种方法有效的国家。

世界蚊子计划于 2011 年在澳大利亚昆士兰州北部首次释放沃尔巴克氏体。在过去的 14 年里,监测表明沃尔巴克氏体阳性蚊子继续自我维持。在登革热爆发率最高的地区,没有本地传播的迹象。正如当地医生理查德·盖尔博士所说:

“昆士兰远北地区现在基本上是 100 多年来第一次没有登革热的地区。”

巴西和哥伦比亚的项目将登革热新发感染减少了三分之二以上,在某些情况下,登革热释放地区的新增感染率降低了 90% 以上。在巴西,同样的方法也导致寨卡病毒和基孔肯雅热的发病率大幅下降。

沃尔巴克体项目如何在热带地区推广?

这些结果似乎好得令人难以置信。沃尔巴克氏体方法已被证明不仅可以显着减少登革热的传播,还可以显着减少其他被忽视的疾病的传播。沃尔巴克氏体是自我维持的,不像疫苗、蚊子喷雾剂或蚊帐等其他管理工具,这些工具必须定期重新给药或交付。一旦建立了沃尔巴克氏体阳性的蚊子种群,它们就会在很长一段时间内保持这种状态。没有明显的生物多样性问题,这种方法不涉及基因改造(这经常受到公众和政治的抵制,并涉及额外的监管障碍)。

是什么阻止了它们在热带地区的大部分地区推广,那里每年有数千万人受到这些疾病的影响?

第一个潜在障碍是公众和政治接受度。在每个试验项目中,研究人员都通过当地媒体和主要利益相关者在社区参与方面投入了大量资金,向当地居民解释所涉及的内容、工作原理以及影响。人们可以分享他们的担忧并得到解答。这在建立社区信任方面特别成功,对试验的支持很高。在日惹,公众接受度为 88%,在印度尼西亚其他开展干预措施的地区,这一比例超过 90%。在哥伦比亚、澳大利亚和巴西,支持率同样很高。

这些试验显然是精心策划的,而且规模足够小,足以建立公众的信任。如果它们要在更大的地区推广,这可能会更困难。然而,在这些初步试验中建立信心的困难在于,这些沃尔巴克氏体项目在某种程度上是极其新的和实验性的。随着沃尔巴克氏体变得越来越普遍,其益处越来越广为人知,帮助当地人了解成本和收益所需的参与量将会下降。我预计这不会成为障碍,并且比疫苗或化学喷雾剂等替代卫生措施更受许多人欢迎。

为这些项目提供资金的挑战 是一个更大的障碍。大多数初始项目都是通过机构赠款或慈善捐赠资助的。 这些财务承诺在试验阶段是可行的,但慷慨的捐赠不足以将这些项目扩展到整个热带地区。下一阶段将需要其他形式的融资——很可能是每个国家的政府资金。

沃尔巴克氏体方法需要大量的前期成本来繁殖或购买蚊子并制定劳动密集型释放计划。但是一旦部署,“运行”成本就非常低。只有少数研究着眼于沃尔巴克氏体的成本效益,但早期证据表明,每花费一美元可获得 1.35 至 3.40 美元的回报。 一项针对印度尼西亚人口稠密城市沃尔巴克氏体项目成本效益的研究估计,预防一个残疾调整生命年(DALY)(衡量疾病负担的指标)的成本约为 1500 美元。按照全球卫生标准,这是相对便宜的,尤其是在中等收入国家,许多非常便宜的救生干预措施,如儿童疫苗接种,已经被广泛使用。因此,这些项目——特别是在登革热多发的地区——应该能收回成本,对大多数政府来说是一项不错的投资,但这并不意味着确保资本成本很容易。

扩大沃尔巴克氏体计划意味着每周产生数十亿只蚊子——麦德林每周已经生产 3000 万只蚊子

对我来说,最明显的障碍是大规模应用这种方法所需的后勤挑战。从其他昆虫中提取细菌并将它们显微注射到微小的蚊子胚胎中是非常劳动密集型的,需要罕见的技能和灵巧。然而,必须大规模开发大规模育种计划。这意味着在人口稠密的大片地区应用这种方法比我们上面看到的许多试验要大得多。哥伦比亚投资了巨型蚊子繁殖计划,其规模相当惊人:其麦德林工厂每周生产超过 3000 万只蚊子。如果我们将沃尔巴克氏体扩展到高影响的热带地区,我们需要将其扩大到每周数十亿只蚊子。

未来,各国要么必须发展自己的蚊子繁殖工厂,要么在国际上进口蚊卵,这也带来了保护、感染风险和生物安全问题方面的挑战。

最后一个后勤障碍是配送。在试验中,每 50 米释放一次蚊子。因此,他们依赖大量的项目工作人员和社区志愿者。高效、可持续地将其扩展到大城市是一项挑战。无人机等新兴技术有机会减少劳动强度并更加优化这一过程,但这些解决方案仍处于试验阶段

沃尔巴克氏体方法是一种非常有前途的解决方案,可以保护数亿人免受世界上一些最被忽视的疾病的侵害,这些疾病目前无法治愈。

致谢

感谢 Max Roser、Edouard Mathieu 和 Simon van Teutem 对本文及其可视化效果的反馈和评论。

继续阅读 我们的数据世界

尾注

  1. 这是基于 EM-DAT 的数据,EM-DAT 是全球最全面的灾害数据集。在过去十年的大部分年份(2013 年至 2023 年),死亡人数都低于 25,000 人。由于土耳其和叙利亚发生特别毁灭性的地震以及利比亚的德尔纳大坝坍塌,2022 年和 2023 年的死亡人数要高得多(超过 76,000 人)。请注意,该数据捕获了一些热浪造成的死亡,但并未完全解释因寒冷或高温而导致的过早死亡。

  2. Utarini, A., Indriani, C., Ahmad, RA, Tantowijoyo, W., Arguni, E., Ansari, MR, …&西蒙斯,CP (2021)。沃尔巴克氏体感染的蚊子部署控制登革热的功效。新英格兰医学杂志,384(23), 2177-2186。

  3. 平托,SB,里巴克,TI,西尔维斯特,G.,科斯塔,G.,佩索托,J.,迪亚斯,FB,…&洛杉矶莫雷拉(2021)。巴西尼泰罗伊感染沃尔巴克氏体的蚊子部署在降低登革热和其他伊蚊传播疾病发病率方面的有效性:一项准实验研究。公共科学图书馆忽视了热带疾病。

  4. 世界蚊子计划提供了其财务支持者的完整名单。其中包括比尔和梅琳达·盖茨基金会、扶轮基金会和惠康信托基金等基金会,以及美国国际开发署等援助机构以及新西兰和澳大利亚政府的援助计划。

  5. 布雷迪,OJ,卡里斯马,DD,维拉斯托内戈罗,NN 等人。使用大规模释放的 wMel 沃尔巴克氏体在印度尼西亚控制登革热的成本效益:一项建模研究。BMC 医学 18, 186 (2020)。

引用此作品

我们的文章和数据可视化依赖于许多不同人员和组织的工作。引用本文时,还请引用基础数据来源。本文可引用为:

Hannah Ritchie (2025) - “How Wolbachia bacteria could help us tackle some of the world’s most neglected tropical diseases” Published online at OurWorldinData.org. Retrieved from: 'https://ourworldindata.org/wolbachia-neglected-tropical-diseases' [Online Resource]

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