下图是整个昆虫家族数亿年的进化树。
[B Misof et al, 2014 Science]
蚊子分化形成于1.5亿年之前的侏罗纪，和恐龙一个时代，有上亿年的历史。伊蚊和按蚊分化于恐龙灭绝前的7000万年前。上亿年的进化，逃过了数次物种大灭绝，那么演化到今天的蚊子能够被我们全面消灭吗？
背景
1968年的夏天，美国圣母院大学和世界卫生组织（WHO）联合举办一个学术研讨会，该研讨会的主题就是“媒介遗传学研讨会”Seminar in Vector Genetics，重点关注了传播病原体昆虫的遗传学。而此时的遗传学还是医学昆虫学的一个小分支，处于学科发展的初期，不过那时人们已经开始展望使用遗传学知识和技术来控制媒介昆虫了。此次研讨会，WHO资助了25位来自世界各地的医学昆虫学家，进行了为期6周的学习。
在1985年至2000年之间，MacArthur基金会向媒介遗传学投入了大量的财力，吸引了很多学者在此关注媒介遗传学，其中很多是分子生物学家，这也使得媒介遗传学迎来了第二次研究的高潮。
尽管人们付出了很多努力，但是在控制媒介传播疾病方面仍未达到理想的效果。人们试图通过遗传修饰来减低媒介传播病的愿望落空了。
本文主要通过人们对控制蚊子来回顾半个世纪以来人们进行的各种尝试。
50余年的挫折
压制 vs. 取代
针对媒介生物控制的策略有两个：
压制 suppresion: 降低群体数量取代 replacement: 使用基因修饰的个体去取代替换群体中那些野生型并能够传播疾病的个体，群体数量可能没有变化，但是群体的传播疾病能力降低。
人们最初采用的策略是第一种，即尽可能的降低群体数量，以此降低他们的传播病原体的机会。首先，人们通过遗传学方法来控制农业害虫，比如螺旋锥蝇和果蝇，并且取得了很好的效果。由于精子发生过程比卵子发生过程对X射线更为敏感，所以使用X射线照射这些昆虫的雄性个体，使其不育，然后将这些个体释放到野外，以此控制群体数量。该方法也称之为昆虫不育技术sterile insect technique, SIT。
SIT 用于媒介昆虫
SIT技术在农业上的成功使用，促使人们将该方法移植到媒介昆虫的控制上，特别是针对蚊子。通过射线、化学方法、杂合、染色体重置等技术，在实验室中获得不育雄性个体。同时因为蚊子的雄性个体不会吸血传病，因而释放这些不育的雄性个体也不会增加人们患病风险。至2003，共有28个SIT项目实施，针对了10种蚊子。其中大部分是在1960-1970年代完成的。所以这是一种很原始的蚊虫控制技术，现在几乎不再使用。虽然它在控制农业害虫上取得了一定的成功，但在控制蚊子上它是失败的。
到了21世纪，一些新技术的发明（比如转基因技术的成熟）使得一些人又重新捡起了SIT。比如英格兰的商业公司Oxitec针对埃及伊蚊设计了纯合显性致死基因，释放这些雄性个体，其与野生雌性交配后，后代会在形成成虫以前死掉。通过在巴西和一些亚洲国家的实验，该方法能够暂时降低群体数量，最高可达85%。不过这种转基因的蚊子引来了一些人的反对，认为这种转基因存在生物安全性问题。同时，从长期来看，该技术也没有显著的控制蚊媒疾病。
生产“好蚊子”
在基因水平上操作或者修饰生物个体有很长的历史，特别是在农业上，对人类的生存大有裨益。比如植物或者动物的杂交选育等，已经有数个世纪的历史。我们今天吃的动植物几乎都经历了基因选育和改良，甚至是宠物猫狗也是选育的结果。和转基因技术唯一不同的是，这些选育和改良是通过长期选择，改变物种原有基因的频率。
就控制蚊子而言，通过转基因技术降低或者完全消除蚊子携带传播病原体的能力，也就是我们要创造不传播疾病的“好蚊子”，这样就不再需要降低群体数量了。这些”好蚊子“会保持在蚊子原有的生态位上。理论上，这种方法也更稳定和更可持续，不需要像SIT那样持续的释放不育蚊子。
当时，其中也存在很多问题。首先就是适应性问题，“好蚊子”的在野外的适应性不应该低于野生蚊子，否则“好蚊子”群体在野外数量会逐渐降低。其次，感染病原体后，“好蚊子”的适应性变化。虽然“好蚊子”不传播疾病， 但是如果其感染病原体后，适应性减低，那么也会影响到整体的蚊虫控制效果。
就目前的研究成果来看，蚊子变好是有选择代价的，即相对于野生蚊子，“好蚊子”的适应性相对较低。不过，病原体感染与否对蚊子适应性影响不大。
转座子
转座子是一类能够在宿主基因组中自由移动和复制的DNA序列，很多时候它们已经成为了宿主基因组的一部分。转座子在上世纪80年代才被发现，但它几乎存在于所有真核生物基因组中。一些转座子能够影响到宿主基因的表达。
在1985-2000年期间，一些研究使用转座子将基因插入到蚊子基因组中，以此控制病原体在蚊子体内的繁殖。比如，针对传播疟疾的按蚊，就有24个相关的研究用到了转座子。但是这些蚊子适应性降低，目前尚没有十分成功的报道。和SIT一样，人们已经不再使用转座子这种技术来控制蚊虫了。
新的希望
CRISPR-Cas9
相对于通过转座子操作基因，通过CRISPR-Cas9对蚊虫基因组进行编辑，是一种更加高效的方法。目前仍有很多研究通过CRISPR-Cas9对蚊子基因组进行编辑，以此改变蚊子的遗传特性。相关的研究主要集中于按蚊属。
已经有研究发现了一些基因或者DNA序列能够使得雌蚊子变成“好蚊子”，即能够抵抗疟原虫的繁殖传播，或者使得雌蚊子不育或致死。
在实验室中，通过这种方法得到的不育蚊子，足够使得整个实验室群体灭绝。那些具有疟原虫抵抗的蚊子在野外经过数代交配后也能够保持这种抗性。这些结果几乎都还不错。
在布基纳法索的一项野外实验，释放了大量CRISPR-Cas9编辑的不育雄性按蚊，但是结果显示这些基因编辑的雄蚊的适应性仍然会降低。经过足够长的时间后，这些被编辑的基因可能会在群体中消失。
同时，CRISPR-Cas9技术本身也存在一定局限性，比如插入位点变异，或者突变导致脱靶等。理论上，蚊子种群是能够进化出针对CRISPR-Cas9相应编辑基因的抗性的。在果蝇中的实验室研究，也证明了这一点。
不过，我们可以设法降低或者延缓蚊子对CRISPR-Cas9产生的抗性。目前蚊子基因组数据库包含了大量的DNA序列，我们可以寻找一些高度保守的DNA序列作为CRISPR-Cas9的靶点。针对按蚊和伊蚊的研究发现，至少有90%的蛋白编码基因至少含有一个变异度小于1%的保守位点，这些位点可以用来作为CRISPR-Cas9的潜在靶点。
总之，虽然CRISPR-Cas9存在一些问题，但用它来控制蚊虫是值得尝试和期待的。
改变基因频率
转基因是导入新的外源基因；而通过人为干预改变群体中现有等位基因的频率也是另一种用来控制蚊虫的方法。
不同遗传背景的蚊子在感染病原体、传播蚊媒疾病上也存在很大差异。通过人为选择，筛选出具有病原体抗性的蚊子，释放这些蚊子到野外，改变蚊子群体的遗传背景，以此降低疾病传播。
在埃及伊蚊-登革热 和 冈比亚按蚊-疟疾 中，有研究已经获得了抵抗病原体的蚊株，在实验室中获得了一定的成功。但是该方法尚未进行野外实验，因为其存在很多不确定性。比如到底需要释放多少蚊子，什么时间释放，持续时间多长等等，都不得而知。有研究在理论上模拟了埃及伊蚊的释放过程，模拟结果似乎还是很令人满意的。但是模拟终究是模拟，具体实际结果还不得而知。
相比于CRISPR-Cas9而言，这种改变现有等位基因频率的方法有一定的优势，即它适用性很广，不仅适用于蚊子，其他可以在实验室饲养的媒介生物都可以使用上述方法。
微生物组
很多昆虫都存在大量共生微生物，很多微生物可以在昆虫中垂直传播。所以我们可以利用这些共生微生物的一些特性，来控制昆虫的数量。
其中，沃尔巴克氏体是研究最广泛的一类昆虫共生微生物，在52%的节肢动物物种中都有分布。大多数情况下，沃尔巴克氏体的感染和传播不会对昆虫自身造成危害。但在蚊子中，有些沃尔巴克氏体具有不兼容性，造成蚊子在胚胎发育过程中死亡。这一特性可以用来控制蚊子群体数量。
由于没有改变蚊子的基因，一些对转基因有异议的人士也拿不出有力证据来反对这种沃尔巴克氏体来控制蚊子的方法。目前有一些针对埃及伊蚊自然种群的野外实验。
雌性蚊子可以传播沃尔巴克氏体，释放一些感染沃尔巴克氏体的雄性蚊子即可以将整个群体感染。有时候也会释放少数感染沃尔巴克氏体的雌性蚊子。这些感染的雌蚊与感染或未感染的雄蚊交配，都可以产生可育后代，而未感染的雌蚊只有与未感染的雄蚊交配才能产生可育后代。所以，相对于未感染沃尔巴克氏体的雌蚊，感染者反而具有更高的适应性。
如果我们将实验室感染沃尔巴克氏体的雌蚊和野外外感染的雄蚊交配，那么所有的后代都将感染沃尔巴克氏体；同时，由于使用了野外雄蚊，这些后代的遗传背景会和野外种群保持一致，不会因为我们的干预而改变了种群遗传背景。
该方法最早在野外应用于澳大利亚凯恩斯的伊蚊，以此来控制登革热。沃尔巴克氏体在野外群体的感染率几乎接近100%，登革热病例数下降了96%。在印度尼西亚，经过两年的时间，沃尔巴克氏体在伊蚊中的感染率也接近100%，登革热病例数下降了74%。更重要的是，该实验显示对登革热四种血清型病毒都有效果。在马来西亚，沃尔巴克氏体的感染率在80%，登革热病例减少了40%。在巴西，沃尔巴克氏体在埃及伊蚊中的感染率只有40%-80%，但是登革热减少了69%，同时基孔肯雅热也减少了56%。这一系列的野外实验都证明了，蚊子感染沃尔巴克氏体能够有效控制蚊媒疾病的传播。
当然，沃尔巴克氏体也能够有效降蚊子群体的数量。有实验证明，通过沃尔巴克氏体能够使蚊子群体减少95%。一项在澳大利亚昆士兰的研究也显示蚊虫群体数量可以减少80%以上。
同样是SIT的方法，早期使用射线等方式导致雄性不育的方法在控制蚊虫数量上并不成功；而沃尔巴克氏体为这一方法带来了新的实践。它不需要用各种理化方法致使雄性不育，也不会改变群体的遗传背景；同时高效的自动化的雌雄分辨方法来促进了该方法的广泛使用。
前景和局限性
媒介疾病是宿主-媒介-病原体三者共同组成的。很多先前尝试失败的方法是因为没有充分考虑三者的动态关系。
任何用来控制媒介数量的方法都会促使媒介生物发展出抗性，比如最典型的是化学杀虫剂。对于SIT， 同样有发展出抗性的可能性。比如，野外种群的雌性可能在交配的时候进行配偶选择，倾向于和野外种群的雄性交配，而非实验室不育雄性个体。这种择偶选择已经在农业害虫控制上出现。虽然目前还没有在沃尔巴克氏体项目中出现，但不能排除长期持续下去，会出现择偶选择。
此外，目前控制媒介数量的方法都依赖于持续的实施，如果停止实施干预，群体数量可能会迅速反弹至初始水平。最后，即便在某个区域或者开放的生态位真的消灭了一个媒介种群，那么其他种群或者其他媒介生物可能会迅速填补该生态位。
病原体面对选择压力也会作出一定的响应。比如，“好蚊子”可能只是特定时刻的“好”，随着病原体的进化，可能会进化出感染这些“好蚊子”的病原体个体。特别针对虫媒病毒，其种群数量很大，突变率高，进化速度很快。在不远的将来，登革热病毒可能会感染那些即便感染了沃尔巴克氏体的伊蚊。同样地，对于蚊子也是如此，它也可能进化出即便感染沃尔巴克氏体也不会降低病毒传播的能力。
任何一种长期的蚊虫控制方法在选择压力的作用下都可能会失效。因而我们在制定蚊虫控制策略时，要充分考虑各种因素。如同应对化学杀虫剂抗性和抗生素抗药性那样，我们可以轮流使用不同的控制方法以降低或减缓抗性的产生。
后记
我们真的已经到了可以全面消灭蚊子以及其传播疾病的时代了吗？现在看还很难。尽管基于沃尔巴克氏体等的方法取得了令人振奋的成绩，但我们还需要静观5-10年，从更长远的时间尺度来衡量和评价这些蚊虫控制成果。
此外，目前很多成果是在伊蚊上得到的，原因之一是因为伊蚊是实验室十分容易饲养的蚊种。是否能够将这些方法应用到一些实验室比较难以实验的蚊种中呢？比如传播疟疾的按蚊，甚至是采采蝇等其他媒介昆虫。
当然，对媒介生物控制的持续研究，也改变这整个领域的格局。相关的人才数量大大增加，研究内容也大大丰富。从最初的传统昆虫工作者，到现在涉及到分子生物学、生态学和计算机科学等各领域人才。媒介昆虫相关的分子生物学在60年前几乎还是一片空白，而在过去的35年间，它已经积累了大量的研究数据和文献资料。媒介遗传学也进入了媒介基因组学，大量的媒介基因组数据可唾手可得（比如VectorBase）。
我们向癌症宣战已经有30余年了，遗憾的是，至今我们认为彻底战胜癌症。但是，在’抗战‘的过程中，现代分子生物学、细胞生物学、发育生物学等学科得到了快速发展。虽然我们今天尚未全面消灭蚊子，我们今天关于媒介生物的了解也源于我们既往对媒介生物控制的尝试和努力。
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资料来源：Powell, J. R. (2022). Modifying mosquitoes to suppress disease transmission: Is the long wait over?. Genetics.
