發現出血性登革熱的治療黃金期！

以往病媒蚊研究中，人類志願者及受試動物，得犧牲小我以造福蒼生。活生生地，讓蚊子叮咬並吸食他們的血液。現在，美國科學家用充滿動物血液的水凝膠餵蚊子；將來或許還能改為填充蛋白質營養液。^[1]從此以後，科學家便能像主持以酒代血的天主教感恩祭，慷慨地對蚊子說：「你們大家拿去喝，這一杯就是我的血，新而永久的盟約之血，將為你們和眾人傾流，以赦免罪惡。」^[2]

餵食蚊子的水凝膠

194 4年科學家 Samuel Gertler 合成的化合物 DEET（中譯「待乙妥」或「敵避」），在二戰期間被美軍用來驅蚊。^[3]之後各種防蚊成份的研究過程，仍免不了仰賴人類和動物的活體貢獻。隨著近年 3D 列印與生物相容水凝膠的技術發展，開發替代品的時機逐漸成熟。理想上，餵食蚊子的水凝膠製品，要具備高解析度的 3D 列印血管、擴散於組織中的血液、對多種蚊子的吸引力、低廉的成本，以及較少的動物實驗倫理問題。此外，最好還能搭配一組攝影器材，與相應的數據運算模型。^[1]

2023 年 2 月，美國研究團隊於《前沿生物工程與生物科技》（Frontiers Bioengineering and Biotechnology）期刊上，介紹他們一體成形的嘗試成果。^[1]

水凝膠的「食譜」

類似於做捲心酥，要先調配麵糊，烘烤定型，才能在裡面填充內餡。此實驗的第一個步驟，是製作稍後能注入血液，或者其他液體的水凝膠。研究團隊先把適當比例的聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）、明膠甲基丙烯（GelMA）、甘油（glycerol）、LAP 光敏劑與檸檬黃食用色素（tartrazine），混合在一起。^[1]透過數位光源處理（digital light processing），使原料遇光固化，將內有曲折空管的水凝膠薄片，3D 列印出來。^{[1, 4]}每批產出3份水凝膠，費時約 23 分鐘。^[1]

接著，成形的水凝膠，被丟進磷酸鹽緩衝生理食鹽水（phosphate buffered saline），浸泡至少 2 天。這段期間內，多餘的色素會不斷流出，所以要勤換水，直到水質清淨。上述從頭到尾的程序，一旦商業量產，成本即可降低。如果在無菌環境中製造，還能冷藏儲存數月。^[1]

注入液體

再來，就要幫捲心酥灌多元口味的內餡了。科學家購買了雞、羊和牛，已經去除凝血功能的研究級脫纖血（defibrinated blood）。^{[1, 5]}依照要進行的實驗，將這些血液或是其他液體，裝進針筒。接著，用注射泵浦（syringe pump）和管路，將針筒裡的內容物以 100 μL/min的速率，推進水凝膠裡。此實驗過程中，一支針筒透過管路，最多連接 6 份水凝膠。^[1]

蚊子實驗

美國科學家將多塊水凝膠，分別放置於幾個玻璃罩內。每個罩子裡，引進 20 至 30 隻母蚊子，當作主要的觀察對象。^[1]由於母蚊子吸血是為了產卵，所以裏頭還加上幾隻公蚊子作陪，來促進其食慾。^{[1, 6]}攝影機全程對準水凝膠，記錄蚊子的活動，時間總長約 30 至 45 分鐘。^[1]基於個別實驗的目的，方法設計上稍有差別：

1. 餵食觀察：使用充滿血液的水凝膠餵食蚊子，調整溫度與設備，替換蚊子的品種，並優化攝影機的紀錄。簡單講，就是做不同的嘗試，為後面的實驗打好基礎。^[1]
2. 食物選擇：為蚊子奉上動物血液、紅墨水和磷酸鹽緩衝生理食鹽水，三種「口味」的水凝膠，並貼心熱菜到37°C。後二者沒什麼營養價值，單純想看牠們好不好騙。^[1]
3. 防蚊成份：3個玻璃罩裡，血液飽滿的水凝膠，都溫熱至37°C，但分別為沒塗料、塗抹DEET，以及敷上一層檸檬尤加利油（lemon-eucalyptus oil）萃取物。測試蚊子會不會因為外層的化合物，放棄吸食水凝膠裡的血液。實驗重複5次，受試的蚊子也每次更換。^[1]

結果與展望

餵食觀察的錄像，歷經截圖、挑選、標註和校正等程序，成果被拿來訓練電腦找蚊子。於嘗試及調整後，此運算模型不僅能辨識影片中的蚊子，還會分別「未進食」與「進食中或吸飽血」的腹部形狀，平均準確率高達 92.5%。這個模型，馬上被運用在後面的實驗裡。^[1]

在選擇食物時，紅墨水和磷酸鹽緩衝生理食鹽水，顯然騙不過受試的蚊子；牠們唯獨吸食有動物血液的水凝膠。未來研發蛋白質營養液時，也可以用雷同的方式，評估蚊子的接受程度。為了引誘牠們，以後也能加碼在水凝膠上，塗抹真實皮膚會有的化學物質，並且在附近散佈二氧化碳。若是成功了，成品就能在其他病媒蚊實驗中，替代動物血液。如此便減少血液傳播疾病的風險，^[1]以及使用動物血液的倫理問題。

另一個實驗的 DEET 和檸檬尤加利油萃取物，一如預期地令蚊子完全不想靠近。倒是沒塗料的對照組，卻意外只有 13.8% 的低餵食率。科學家覺得應該歸咎於水凝膠太小，有些蚊子擠不進去。將來製作時，得加大表面積。^[1]

整體而言，論文的第一作者 Kevin Janson 博士，很滿意這個自動分析功能，迅速又穩定的運算模型。在研究驅蚊效果方面，身為論文作者之一的 Omid Veiseh 教授，則認為他們的設計，未來也可以用於測試其他化合物。至於病媒蚊的品種，此實驗主要採用的，是會傳播黃熱病（yellow fever）、登革熱（dengue fever）和茲卡熱（Zika fever）的埃及斑蚊（Aedes aegypti）。另一位作者 Dawn Wesson 教授表示，假使想套用此模型跟設備，在習性迥異的野生品種上，就得再花時間研究。^[7]

參考資料

1. Janson KD, Carter BH, Jameson SB, et al. (2023) ‘Development of an automated biomaterial platform to study mosquito feeding behavior’. Frontiers Bioengineering and Biotechnology, 11:1103748.
2. 「教學方案」天主教台北總教區教理推廣中心（Accessed on 23 FEB 2023）
3. American Chemical Society. (20 JUN 2020) ‘N,N-Diethyl-m-toluamide (DEET)’. Chemistry for Life.
4. A Dowon, Stevens LM, Zhou K, et al. (2020) ‘Rapid High-Resolution Visible Light 3D Printing’. ACS Central Science, 6 (9), 1555-1563.
5. ‘Technical Support – FAQs’. Thermo Fisher Scientific. (Accessed on 23 FEB 2023)
6. Harrison RE, Brown MR, Strand MR. (2021) ‘Whole blood and blood components from vertebrates differentially affect egg formation in three species of anautogenous mosquitoes’. Parasites Vectors 14, 119.
7. Gillham AB. (09 FEB 2023) ‘Human test subjects may no longer be needed for mosquito bite trials thanks to invention of new biomaterial’. Frontiers Science Communications.

雖然，「友善蚊」聽起來可能像是《好餓的毛毛蟲》這本繪本的續作，但它其實是牛津昆蟲技術公司擁有的商標，代表一種經過基因改造的特殊蚊種，這種蚊子可以傳播引發登革熱、茲卡病和黃熱病的病原。

2002 年，牛津昆蟲技術公司培育出他們第一批友善蚊。這些接受基因改造的蚊子，體內含有一種自殺基因。自殺基因一旦啟動，就會干擾蚊子的細胞活動，造成蚊子死亡。這間公司很聰明，沒把這種經過基因改造的蚊子取名為「自殺蚊」之類的愚蠢稱號，銷售基因改造產品的公司最不需要做的事情，就是給自家產品取個嚇人的名字。

現在，這間公司在實驗室進行培育，生產數百萬隻經過基因改造的友善蚊。在許多爆發相關病媒蚊疾病的地點，這些蚊子已經被釋放到野外環境，例如在開曼群島上的一處特定地區，已經釋放了八百萬隻友善蚊。

友善蚊的自殺基因機制

這些大量釋放的友善蚊都是雄蚊，一旦可以自由飛翔，牠們就會做雄蚊總是會做的事：試著找雌蚊交配。假設交配成功，那麼友善蚊所有的後代都含有自殺基因。

自殺基因的表現會導致一種致命毒素在蚊子體內累積，造成友善蚊的後代在幼蟲期或蛹期階段就死亡。在開曼群島進行的試驗結果十分振奮人心，經過重複的野外釋放程序，在一個季度的時間內，研究人員偵測到的蚊卵數量減少了百分之八十八，體內攜帶病毒的蚊子數量則是減少了百分之六十二。

這些經過基因工程改造的小昆蟲之所以是一種相當好的技術解決方案，原因有很多，除了自殺基因以外，友善蚊還會把一種特定螢光蛋白質的譯碼基因傳給後代。在野外，研究人員可以利用螢光來辨認哪些蚊子繼承了友善蚊經過改造的遺傳物質。

經過基因改造，自殺基因已經安置在友善蚊的基因體裡，成為正向迴路的其中一部分。自殺基因一旦啟動，就會開始提升自身的表現量，意味著在蚊子體內，有毒物質很快就會累積到致命程度。

控制友善蚊體內的自殺基因啟動

這項技術最美妙的地方在於它解決了很基本的問題。如果自殺基因是致命的，為什麼雄蚊在長大成年，被釋放到野外毀了雌蚊想當媽媽的夢想之後才會死？這是因為，培育了數百萬隻雄蚊的牛津昆蟲技術公司，有辦法控制牠們的飲食。

研究人員在給雄蚊吃的食物裡添加了四環素這種抗生素，四環素會和自殺基因結合，造成自殺基因關閉。自然界並沒有四環素這種物質，所以雄蚊到了野外之後，自殺基因才會啟動，而體內原有的四環素足夠牠們活著找到雌蚊交配。

至於繼承了自殺基因的後代，因為食物中不含四環素，所以無法關閉牠們的自殺基因。於是，這些遺傳了致命基因的蚊子就會死亡。

是破壞生態還是環境友善？

這項技術還有許多值得欽佩的地方，廣效性化學殺蟲劑的使用可能因此減少。用化學藥劑來滅蚊，人類很難徹底找到每一處雌蚊喜愛的小型積水空間。但尋找雌蚊這件事對經過基因改造的雄蚊來說不是問題，一億年來的演化已經讓牠們成為尋找雌蚊的大師。

牛津昆蟲技術公司只針對一種蚊子進行基因改造，所以其他不是病媒蚊的蚊子不會受到影響，這種蚊子並不是開曼群島的本土生物，而是透過人類活動意外引入當地。

這是一項自限性技術，一旦釋放到野外的雄蚊和牠們的後代都死亡，自殺基因就會從族群裡消失，一切都是為了把對生態系的破壞程度降到最低。

——本文摘自《竄改基因：改寫人類未來的CRISPR和基因編輯》，2022 年 1 月，貓頭鷹出版社。

不用說，蚊子你一定很熟，而且幾乎可以肯定的是：你不喜歡牠們。這群吸血昆蟲，藉著偵測人體所呼出的二氧化碳、汗水氣味，以及體溫而悄悄接近我們、叮咬我們，並造成皮膚發癢，這是蚊子令人厭惡的主因。

但事實上，並不是所有的蚊子都會叮咬人！

頂著一對毛刷的是雄性！

一般俗稱的蚊子是雙翅目蚊科的昆蟲。台灣已知的蚊子種類超過 135 種，當中有約 20 種會叮咬人，而在都市住家中出沒者大約只有 4~6 種。其實會去叮人，會需要吸食人血的蚊子，都是雌蟲。因此只要稍微辨識性別，便能知道眼前的蚊子會不會叮人。

蚊子的兩性間，在觸角形態會有明顯差異。雄蟲的觸角具有濃密的長毛，因此外觀像是蓬鬆的羽毛、毛刷；雌蟲的觸角則僅見短而稀疏的毛，外表看起來如細絲一般。

我們在室內環境相當容易見到的蚊子，比如說時常會從排水孔跑進家裡的熱帶家蚊（Culex quinquefasciatus）、很喜歡從門窗縫隙闖進屋內的白線斑蚊（Aedes albopictus），以及南部地區常見的埃及斑蚊（Aedes aegypti），牠們的身上都可以觀察到雌雄觸角外觀明顯的差異。在近距離下，就算不藉助任何光學器材，我們也可以看出雄蟲觸角上的毛相當多又明顯。

觸角在覓食上扮演相當重要的角色。雌蟲能夠藉由觸角上的微小感覺構造，偵測空氣中的化學物質，幫助牠們利用嗅覺搜尋吸血的對象。此外，觸角也具有感受聲音、溫度等功能。

至於雄蟲毛茸茸的觸角，則更加強化了聽覺的能力，使牠們對聲音的偵測較雌蟲靈敏。觸角表面的毛能夠幫助接收空氣中的聲波，如此有助於在尋找伴侶時，偵測雌蟲振動翅膀所發出的聲音。

吸血是為了生育後代

其實蚊子不論雌雄，都會攝食植物性的汁液。然而基於繁殖的需求，雌蟲在交配後，必須獲得足夠的蛋白質養分，以促使體內的卵巢發育，而哺乳類動物的血液正是理想的蛋白質來源。雌蟲在每次吸血後，大約可產下 75~500 粒卵，而產出的卵數量與攝取到的血液量是成正比的。

蚊子的唾液具有抑制凝血、造成血管擴張等效果，同時也會引起人體的發炎反應，因此遭雌蟲叮咬的傷口在事後會腫脹發癢。

雌蚊的刺吸式口器，外圍是一層較柔軟的「外鞘」（下唇），內部則是看起來如細針般，直徑小於 0.1 公釐的「口針」。口針也就是用來插進皮膚吸血的構造，但它並非單純只是一根針，而是由 6 根更細微的針狀結構所集結而成，只是我們的肉眼平時無法看見那些纖細的結構。

雄蟲的口器因為缺乏穿刺皮膚的功能，因此不適合用來吸動物的血。或許是因為僅攝取植物汁液的營養較不足，雄蟲普遍壽命較短，一般在羽化後大約平均只能存活一星期，而雌蟲則通常能存活一個月或更久。

一般來說，雌蟲在交配後才吸血。不過也有少數種類例外，例如地下家蚊（Culex pipiens molestus）的雌蟲在初次產卵時不須吸血，但當牠們欲進行第二次、第三次產卵時，便必須吸食血液，才能讓卵巢發育。

蚊媒傳染病不可輕忽

我們大概都把「蚊子叮咬」當成稀鬆平常的小事，而忽略了蚊子有可能攜帶致病的微生物。蚊子是多種致死率高的疾病媒介，如登革熱、瘧疾、日本腦炎，全世界每年因為蚊子叮咬而染病死亡的人數至少達數十萬。蚊子雌蟲才會吸血，因此會傳播疾病的主要是雌蟲。

台灣目前由蚊子傳播的傳染病，以登革熱最常見。登革熱的病媒蚊，主要是埃及斑蚊與白線斑蚊，尤其埃及斑蚊對登革熱的傳播較白線斑蚊嚴重，而夏天更是登革熱風險最高的季節。雖然各式媒體時常在呼籲，我們平時還是得留意室內外會積水的容器，這些都可能成為蚊子的孳生源。而且盡可能遠離蚊子，才是上策。

但哪天你若是剛好打扁了一隻蚊子，仍然可以把握機會，試著辨識牠的性別，或者觀察牠身上的各種微小結構。

參考資料

1. 蕭孟芳（2013）。蚊之色變。二魚文化事業有限公司。
2. Ramanujan, K.（2019）. Mosquitoes can hear up to 10 meters away. Cornell Chronicle.