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Chemical Communication

昆虫学家着眼于蜱虫之间的化学信号以控制莱姆病

美国农业部的李永胜探讨了蜱信息素以及如何利用蜱信息素

by Emma Hiolski, C&EN自由撰稿人
August 31, 2018 | APPEARED IN VOLUME 96, ISSUE 35

请访问https://cen.acs.org/sections/cn.html或关注ACS微信订阅号获取更多《化学与化工新闻》的中文内容

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Credit: Courtesy of Andrew Li

来自中国的昆虫学家李永胜(Andrew Li)直到2000年才第一次见到蜱虫(当时他开始在美国农业部位于德克萨斯州克尔维尔的一个实验室工作,研究传播牲畜疾病的蜱虫物种)。由于对吸血昆虫的知识非常广泛,他于2013年加入了美国农业部位于马里兰州贝尔茨维尔的入侵昆虫生物控制和行为实验室(USDA’s Invasive Insect Biocontrol & Behavior Laboratory)。专注于监测当地鹿蜱(可传播莱姆病)和孤星蜱(可导致人体对肉类过敏),开发更好地控制这些微小节肢动物的方法。

在美国,监测和控制蜱虫变得越来越重要:2004年至2016年期间美国疾病控制和预防中心收到报告的蜱传疾病病例增加了一倍以上。自2013年以来,该机构每年记录超过25,000例莱姆病例,还有几千份可能的病例。李永胜的一部分工作重点为识别蜱虫之间用来彼此沟通的化学物质。Emma Hiolski访谈了李永胜,以了解更多关于信号分子(化学信息素)以及它们减缓蜱传疾病上升趋势的潜力。

哪些蜱传疾病对人类来说最需要关注,蜱虫是如何传播这些疾病的?

个人信息

家乡:中国河南省鹤壁市

学历:1983年获得河南农业大学学士学位;1986年获得中国农业科学院硕士学位;1992年获得密苏里大学博士学位

专业亮点:密苏里大学博士后、美国亚利桑那大学国立卫生研究院博士后、亚利桑那大学助理研究科学家

当前职位:美国农业部农业研究局昆虫学家

被蜱叮咬的数量:过去一两年中四到五次。“在户外活动,无论你多么小心,被蜱咬的机会都很高。”

最艰难的田野工作经验:在严冬设网捕鹿,以追踪鹿的运动并监测鹿身上的蜱虫。“我的团队不得不穿戴伪装,一等就是几个小时,等待合适的时机。”

去除蜱虫的最佳方法:使用细镊子,抓住靠近皮肤的蜱虫口腔部位, 轻轻向上拉以去除蜱虫。不要用手指,因为如果你挤压蜱虫,它就会像注射器一样将蜱虫体内物质注入你的体内。一旦去除了蜱虫,就可以用乙醇或抗菌霜或乳液擦拭被叮咬的部位。

业余爱好:园艺。 “马里兰州是一个非常棒的地方,植物都长得很好!”

尽管除了莱姆病细菌之外的蜱传病原体的数量越来越多,而且这些疾病的发生率也在上升,但是论传播规模都远不及莱姆病。莱姆病是由细菌伯氏疏螺旋体(Borrelia burgdorferi)引起的,该细菌通过黑腿蜱(Ixodes scapularis)传播,又称“鹿蜱”。鹿蜱有幼虫、若虫和成虫阶段,每个阶段都需要从动物或人类吸血。幼虫其实是无菌的,因为雌性鹿蜱不能将莱姆病病原体传给它们的卵。但是当幼虫从啮齿动物(如白足小鼠)身上吸血时,鹿蜱幼虫可染上病原体。吸血后,幼虫蜕皮成若虫,可携带细菌,当它们咬人时会传播给人类。

为什么蜱传疾病可能会出现上升趋势?

部分原因是蜱虫寄宿的野生动物数量的增长:老鼠、其他小动物,以及鹿。白尾鹿的数量在过去20或30年间有所增长。城市化也是一个因素:我们比过去更多地与野生动物共享空间。气候变化也可能有所贡献。对于至少一个物种——孤星蜱——来说,其出现范围的北部边界近年来已经扩延(可能因为气温升高)。

蜱虫如何使用化学信息素,我们对它们了解多少?

我们最了解的两种类型的蜱化学信息素是信息素(或捕获剂)和性信息素。当蜱虫感知来自其他蜱的化学信号并停止移动时,这就是阻止行为。捕获剂通常是嘌呤 ——即鸟嘌呤和黄嘌呤——发现于蜱排泄物中。

一种特殊的化合物——2,4-二氯苯酚已被鉴定为蜱性信息素。它由雌性蜱释放并由雄性蜱接收,将它们组合在一起进行交配。已经在几种不同的蜱种中鉴定出相同的化合物,包括孤星蜱。但鹿蜱是一个不同的案例:尚未有研究确认一种特定的性信息素。当谈到蜱研究中的化学信息素和信息素时,我认为与其他昆虫研究相比,我们还有差距。

蜱与其他吸血昆虫不同,它们不会飞。它们只是抓住一片草叶或灌木,耐心等待鹿、人、兔子或其他动物经过。因为蜱不能自己长距离移动,所以雄性和雌性依靠它们的宿主将它们组合在一起。一旦到了宿主身上,它们就会使用较短距离、低挥发性的化学物质进行联络。每个物种都有独特的生物学,有些物种采用非常复杂的行为。一些已经研究过的蜱种使用交配信息素、抱对信息素和多种化学物质。

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你如何识别和研究蜱虫信息化合物?

对信息素信息化合物的研究是化学和行为研究的结合。你必须观察并测试某些行为是否涉及化学通讯。例如,你可以将一张滤纸放入带有一百只蜱虫的罐子中几天,直到滤纸浸泡有蜱虫气味。然后,测试其他蜱虫对该滤纸有何反应。这就是发现捕获剂的方式。当将这种滤纸放在盛有二十多只若虫的培养皿中,若虫都以停滞的行为停留在纸上。在研究行为之后,转向化学并尝试分离化合物。分析化合物后加以测试,看蜱虫对此如何反应。这是一个来回反复的过程。

你是否会对一种特别的化合物特别感兴趣?

因为我现在正在研究鹿蜱,并且因为还没有研究人员有所发现,所以我对鹿蜱性信息素仍有疑问。是不是如有些研究人员认为的那样,在鹿蜱中确实没有性信息素呢?如果没有,为什么呢?虽然人们没有发现典型的标准性信息素,但这并不意味着没有其它化学物质决定或影响它们的行为。

对蜱虫的化学信息素的研究在未来如何帮助我们?

化学信息素的使用目的是为了控制。对于其它昆虫,如果蝇、象鼻虫和农业害虫,有信息素陷阱,即以各种方式使用化学信息素作为诱饵监测、控制和抑制种群。在蜱虫控制领域,市场上并没有真正的商业产品。化学通讯是蜱生物学的重要组成部分。如果我们能够识别在蜱行为中起关键作用的化学物质,则可以利用这些化学物质设计控制产品,以抑制蜱虫数量或减少蜱虫对人类的影响。

Emma Hiolski 是一位自由撰稿人。本文首先刊登于ACS Central Science: cenm.ag/li 出于篇幅和背景信息的原因,特对该访谈进行了编辑。

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