《Journal of Genetic Engineering and Biotechnology》：Metagenomic analysis of bacterial and viral communities of
Aedes aegypti and
Aedes albopictus
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本研究针对巴基斯坦地区的埃及伊蚊和白纹伊蚊，通过宏基因组测序技术深入解析其体内细菌和病毒群落组成。研究发现两种伊蚊具有显著不同的优势菌种和病毒群落，并首次在白纹伊蚊中检测到人类内源性逆转录病毒K。该研究为理解蚊媒微生物组如何影响其媒介效能及开发基于微生物组的生物防治策略提供了重要数据支撑。
在公共卫生领域，由蚊虫传播的虫媒病毒性疾病，如登革热(DENV)、基孔肯雅热(CHIKV)和寨卡病毒病(ZIKV)，正对全球健康构成日益严重的威胁。这些病毒的传播主要依赖于两种关键的伊蚊属蚊虫——埃及伊蚊(Ae. aegypti)和白纹伊蚊(Ae. albopictus)。在巴基斯坦，登革病毒已经呈现地方性流行态势，疫情形势严峻。以首都伊斯兰堡为例，2023年确诊病例为2438例，而到2024年则激增至3970例，并伴有15例死亡病例，显示出登革热严重程度在该地区正迅速升级。
面对这一挑战，疫苗的研发和应用却存在诸多局限。目前仅有少数几种虫媒病毒疫苗获准用于人类，如黄热病、日本脑炎和登革热疫苗（Dengvaxia? [CYD-TDV]），但这些疫苗存在覆盖率低和安全性问题（例如在血清阴性个体中可能增加重症登革热风险）等挑战。对于寨卡病毒和基孔肯雅病毒等，目前尚无获批的疫苗。因此，在缺乏有效疫苗或药物的情况下，媒介控制成为了最主要的防控手段。然而，传统的杀虫剂防控策略正面临城市化、全球化、杀虫剂耐药性以及气候变化带来的严峻挑战，导致伊蚊的分布范围持续扩大。
近年来，科学研究逐渐揭示，蚊虫体内共生的微生物群落（即微生物组）在其生物学特性、免疫反应以及对病原体的易感性方面扮演着至关重要的角色。这些微生物能够影响病毒在蚊虫体内的复制、蚊虫的寿命，并最终决定其“媒介效能”（Vector Competence），即蚊虫获取、维持并传播病原体的能力。因此，深入解析伊蚊的微生物组，不仅有助于理解蚊媒疾病的传播机制，更有望为开发新型、安全的生物防治策略（例如利用沃尔巴克氏体(Wolbachia)等共生菌来抑制病毒传播）提供关键的科学依据。
在此背景下，研究人员在《Journal of Genetic Engineering and Biotechnology》上发表了题为“Metagenomic analysis of bacterial and viral communities of Aedes aegypti and Aedes albopictus”的研究论文。该研究旨在利用高通量宏基因组测序技术，系统地描绘和比较巴基斯坦地区埃及伊蚊和白纹伊蚊体内的细菌和病毒群落构成，以期发现与媒介效能相关的关键微生物，为未来的靶向性生物控制提供候选靶点。
关键技术方法概述
为达成研究目标，作者团队开展了一项系统的研究工作。首先，他们于2022年4月至11月期间，从巴基斯坦的三个登革热流行区域（联邦首府伊斯兰堡、旁遮普省的两个地区拉瓦尔品第和拉合尔、以及开伯尔-普赫图赫瓦省的斯瓦特地区）采集了埃及伊蚊和白纹伊蚊的样本，主要以未成熟虫态（如幼虫）为主，并在可能时捕获成虫。样本经形态学鉴定后，按物种（埃及伊蚊和白纹伊蚊）分别混合成池（每池50只雌蚊），进行清洗和储存。随后，使用商业试剂盒从蚊虫池中提取总DNA。利用Illumina HiSeq平台进行高通量宏基因组测序，产生大量原始序列数据。接下来，通过生物信息学流程对数据进行严格的质量控制，包括去除低质量序列和接头序列。最关键的一步是使用Bowtie2软件将测序读段比对到埃及伊蚊和白纹伊蚊的参考基因组上，从而有效过滤掉来自蚊虫本身的宿主DNA，获得纯粹的非宿主（微生物）读段用于后续分析。最后，采用MetaPhlAn4软件对非宿主读段进行物种分类学分析，鉴定其中的细菌和DNA病毒种类，并计算其相对丰度，同时评估了微生物群落的Alpha多样性（包括观察物种数、香农多样性指数和辛普森指数）。
研究结果
3.1. 埃及伊蚊和白纹伊蚊中的相对微生物丰度
宏基因组分析揭示了两种蚊虫池中细菌种群的分布模式。变形菌门(Proteobacteria)是绝对优势门，在埃及伊蚊中占比超过99.99%，在白纹伊蚊中达到100%。相比之下，厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidota)仅在埃及伊蚊中被发现，且总丰度低于1%。
两种蚊虫栖息着独特的细菌属。克雷伯菌属(Klebsiella)、窄食单胞菌属(Stenotrophomonas)、不动杆菌属(Acinetobacter)、葡萄球菌属(Staphylococcus)、伊丽莎白菌属(Elizabethkingia)、泛菌属(Pantoea)和肠杆菌属(Enterobacter)为埃及伊蚊所独有。而假单胞菌属(Pseudomonas)、短波单胞菌属(Brevundimonas)和俊片菌属(Lampropedia)则为白纹伊蚊所独有。值得注意的是，本研究首次在白纹伊蚊中鉴定到新近表征的细菌物种Lampropedia aestuarii。
对每种蚊虫内鉴定物种的详细分析显示，在埃及伊蚊样本中，不动杆菌属和克雷伯菌属最为丰富。具体而言，最常见的物种是拜氏不动杆菌(Acinetobacter baylyi, 30.68%)、肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumoniae, 30.79%)和变异克雷伯菌(Klebsiella variicola, 19.74%)。在白纹伊蚊中，观察到假单胞菌属、短波单胞菌属和俊片菌属的三个物种，恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)成为最优势物种（88.15%），而Lampropedia aestuarii（1%）为丰度最低的物种。
3.2. 微生物Alpha多样性
微生物Alpha多样性衡量了特定生态系统或样本中的物种多样性。本研究通过观察物种指数、香农多样性指数(H)和辛普森指数(λ)进行了评估。结果表明，埃及伊蚊表现出比白纹伊蚊更高的微生物多样性。埃及伊蚊的观察物种指数为12，香农指数为1.4，辛普森指数为0.73。而白纹伊蚊的观察物种指数仅为3，香农指数为0.39，辛普森指数为0.21。更高的观察物种数和香农指数值，以及更低的辛普森指数值，均表明埃及伊蚊样本池中的微生物群落更具多样性和均匀性。
3.3. DNA病毒的相对丰度
病毒群落的相对丰度分析显示了两样本池中不同DNA病毒的存在和分布。长尾病毒科(Siphoviridae)是优势菌属，在埃及伊蚊和白纹伊蚊中分别占69.96%和62.95%的丰度。Hk97virus、肌尾病毒科(Myoviridae)、Epsilon15virus、长尾病毒科(Siphoviridae)和N15virus等属为埃及伊蚊所独有，而逆转录病毒科(Retroviridae)则为白纹伊蚊所独有。另一个值得注意的发现是，在白纹伊蚊中首次观察到了相对丰度显著的人类内源性逆转录病毒K(Human endogenous retrovirus K)。
研究结论与意义
本研究通过宏基因组学方法，成功描绘了巴基斯坦地区两种重要病媒昆虫——埃及伊蚊和白纹伊蚊的微生物组图谱。研究结果表明，尽管共享相同的地理区域，两种伊蚊却拥有显著不同的细菌和病毒群落结构，且埃及伊蚊的微生物多样性高于白纹伊蚊。这些差异可能与蚊虫物种本身的生理特性、其取食习性、环境因素以及微生物之间的相互作用密切相关。
研究发现的核心微生物，如埃及伊蚊中的肺炎克雷伯菌和白纹伊蚊中的恶臭假单胞菌，此前的研究已提示它们可能在蚊虫的营养吸收（如克雷伯菌产生溶血素辅助血餐消化）、免疫调节（如假单胞菌刺激免疫系统产生抗菌肽）甚至对病原体的拮抗作用中扮演角色。特别是恶臭假单胞菌已知能产生几丁质酶，而几丁质是蚊虫体壁的重要组成部分，这暗示其可能具有作为生物杀虫剂的潜力，值得进一步研究。此外，首次在白纹伊蚊中发现的人类内源性逆转录病毒K，其来源和潜在功能尚不明确，可能是由于蚊虫吸食人血而引入，但也存在其整合入蚊虫基因组或影响蚊虫媒介效能的可能性，这为未来的研究开辟了新的方向。
讨论部分强调，蚊虫的微生物组是影响其适应性、免疫力和媒介效能的关键因素。病原体入侵后必须与蚊虫中肠的微生物组发生相互作用，从而影响其复制。本研究中鉴定出的特定微生物种群（如白纹伊蚊中的假单胞菌属）可能通过产生抗病毒代谢物等方式抑制病毒复制，这为利用微生物进行生物防治提供了潜在的候选菌株。微生物组组成的差异也可能部分解释了不同地理区域蚊虫感染率存在差异的现象。
综上所述，这项研究不仅提供了巴基斯坦地区两种主要伊蚊微生物组的基线数据，更重要的是指出了特定的细菌和病毒物种作为未来疾病控制策略靶点的潜力。理解微生物组与蚊虫媒介效能之间的复杂关系，对于设计更有效、更环保的基于微生物组的媒介控制干预措施，最终减轻虫媒病毒性疾病的负担具有重要的科学意义和应用前景。
