劉 岐，高夢波，王金正，劉 馨，孫瑋瑋，潘保良

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動物醫(yī)學(xué)院，北京 100193）

節(jié)肢動物門Arthropoda是動物界最大的一門，全世界約有120萬現(xiàn)存種，占整個動物種數(shù)的80%。其中，吸血性節(jié)肢動物（hematophagous arthropods）由于其特殊的采食行為，可以大規(guī)模傳播病原體，對畜牧業(yè)的發(fā)展和人類的健康造成巨大威脅，其中，蚊子和蜱分別是人類疫病的第一大和第二大傳播媒介；而蜱又是動物疫病的第一大傳播媒介。吸血性節(jié)肢動物體內(nèi)棲息有大量細(xì)菌，經(jīng)過長時間的共同進(jìn)化，它們與節(jié)肢動物形成了各種各樣的共生關(guān)系。共生菌可為節(jié)肢動物宿主提供必需的營養(yǎng)物質(zhì)，可影響其生長發(fā)育、交配、繁殖、代謝等功能；還可以影響宿主的免疫功能，增強(qiáng)宿主自身防御病原微生物、寄生物的能力，保護(hù)宿主逃避天敵，避免被寄生或捕食[1]。

一直以來，對吸血性節(jié)肢動物的防控主要依賴于化學(xué)殺蟲劑，但是隨著害蟲耐藥性的增加和環(huán)境污染日益加重，生物防治手段已成為研究熱點(diǎn)。共生菌與宿主有著特殊的進(jìn)化關(guān)系，在宿主的生命活動過程中發(fā)揮重要作用，因此，吸血性節(jié)肢動物體內(nèi)的共生菌在開發(fā)害蟲新型生物防治方法和防控蟲媒傳染病方面具有廣闊的應(yīng)用前景。本文簡要概述了吸血性節(jié)肢動物共生菌的研究進(jìn)展，重點(diǎn)介紹常見共生菌的生物學(xué)功能，以期為以后的研究提供參考。

1 吸血性節(jié)肢動物的種類

吸血性節(jié)肢動物種類繁多，主要包括吸血性昆蟲和蜱螨等。在昆蟲綱Insect的34個目中，吸血性昆蟲主要隸屬于雙翅目Diptera、半翅目Hemiptera、虱目Anoplura和蚤目Siphonaptera等4目，只有少數(shù)科、屬、種的蟲種以吸血為生。雙翅目吸血昆蟲包括10科，分別是蚊科Culicidae、蠅科Muscidae、舌蠅科Glossina、蠓科Ceratopogonidae、蚋科Simuliidae、虻科Tabanidae、虱蠅科Hippoboscidae、白蛉科Phlebotomidae、蛛蠅科Nycteribiidae和蝠蠅科Streblidae[2]。其中，蚊科約有3000余種，我國約300余種，全部吸血；半翅目中的吸血性昆蟲主要包括臭蟲科 Cimicidae和獵蝽科 Reduviidae，其中，臭蟲吸食人血和雞、兔等動物血液，分布很廣泛；虱目包括食毛亞目Mallophaga和吸虱亞目Anoplura，其中，食毛亞目主要食鳥類羽毛，兼性吸食血液及組織液，吸虱亞目吸食血液；蚤目共包括16科，全世界2300多種（包括亞種），我國約有500種，全部吸血[2]。蜱主要包括軟蜱科Argasidae和硬蜱科Ixodidae，世界已發(fā)現(xiàn)約800多種，我國的蜱類有120余種，均以吸血為生[3]。螨中，革螨亞目Gamasida中的許多螨都是專性吸血性寄生蟲，如皮刺螨科Dermanyssidae、巨刺螨科Macronyssidae、蝠螨科Spinturnicidae等[4]。吸血性節(jié)肢動物從脊椎動物的血液中獲得營養(yǎng)，不僅對宿主造成機(jī)械性損傷、貧血、消瘦、發(fā)育不良等危害，而且會傳播細(xì)菌、病毒、原蟲、螺旋體、立克次體等多種病原體，對養(yǎng)殖業(yè)以及人類的健康造成極大的威脅。如牛羊梨形蟲病是以蜱為媒介傳播的一種寄生蟲病，蟲體可在蜱體內(nèi)繁殖并通過蜱叮咬牛羊傳播，動物發(fā)病后病情嚴(yán)重，死亡率高，給養(yǎng)殖業(yè)造成很大經(jīng)濟(jì)損失；登革熱是登革病毒經(jīng)蚊媒傳播引起的一種急性蟲媒傳染病，本病主要在熱帶和亞熱帶地區(qū)流行，嚴(yán)重危害人類健康；寨卡病毒也是一種通過蚊蟲傳播的蟲媒病毒，感染后常伴隨著嚴(yán)重的神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥，嚴(yán)重威脅人類健康。防控節(jié)肢動物是防控這些蟲媒傳染病的重要環(huán)節(jié)。

2 節(jié)肢動物共生菌的概念和分類

凡是能與節(jié)肢動物構(gòu)建共生關(guān)系的原生動物、真菌和細(xì)菌等，可統(tǒng)稱為節(jié)肢動物的共生微生物，其中，能與節(jié)肢動物共同生存的細(xì)菌稱為節(jié)肢動物共生菌[5]。

共生菌可定殖于節(jié)肢動物體表、體腔、消化道、中腸、后腸、淋巴、脂肪體和其他器官組織的細(xì)胞內(nèi)。根據(jù)共生菌在宿主體內(nèi)的分布和與宿主的進(jìn)化關(guān)系可將其劃分為兩類：初生共生菌（primary symbionts）和次生共生菌（secondary symbionts）。初生共生菌通常存在于宿主的特定細(xì)胞——含菌細(xì)胞（bacteriocytes）中，在一些物種中還會形成特化的器官——含菌體（bacteriomes），其感染率很高，與宿主長期協(xié)同進(jìn)化，在宿主的發(fā)育和繁殖中行使重要功能，表現(xiàn)出垂直傳播模式（母體傳遞給子代），初生共生菌也被稱為專性共生菌[2]。次生共生菌的感染率通常低于初生共生菌，在宿主體內(nèi)分布比較廣泛，大多定殖于宿主體表、體腔、腸腔、盲腸或分散于血淋巴中，與宿主的協(xié)同進(jìn)化關(guān)系比較短暫，對宿主的發(fā)育和繁殖并非必需，傳播模式通常為水平或混合傳播，次生共生菌也被稱為兼性共生菌[6]。

根據(jù)共生菌的定殖部位，可將其分為內(nèi)共生菌和外共生菌。內(nèi)共生菌是定殖于節(jié)肢動物細(xì)胞內(nèi)的細(xì)菌，如沃爾巴克氏體（Wolbachia）是廣泛定殖于昆蟲細(xì)胞內(nèi)的共生菌；外共生菌是指定殖于健康宿主細(xì)胞外的細(xì)菌，包括附著于節(jié)肢動物腸壁細(xì)胞和游離在腸腔的細(xì)菌，目前研究最多的外共生菌是腸道菌群[5]。

雖然對節(jié)肢動物共生菌的種類有了明確的定義，但值得注意的是，在宿主動物的進(jìn)化過程中，有些細(xì)菌的特征會發(fā)生改變，如從兼性共生菌轉(zhuǎn)變?yōu)閷Ｐ怨采?，從病原菌轉(zhuǎn)變?yōu)楣采Ｒ粋€典型的例子就是Wolbachia。許多年前，Wolbachia被視為一種細(xì)胞內(nèi)寄生菌，對幾乎所有節(jié)肢動物（螯肢動物、昆蟲和甲殼類動物）和線蟲的多種適應(yīng)性相關(guān)性狀都有負(fù)面影響[7]；近年來，隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)Wolbachia屬的一些菌株已經(jīng)和宿主建立起了專性的互惠共生關(guān)系，作為一種初生共生菌與宿主共同進(jìn)化，對宿主的生長發(fā)育和繁殖起重要作用[8]。因此，未來研究的一個非常重要的問題是確定一種共生菌在什么情況下會對其宿主產(chǎn)生負(fù)面、正面或中性的影響。

3 節(jié)肢動物共生菌的研究方法

3.1 共生菌多樣性分析

研究節(jié)肢動物共生菌多樣性最古老的方法是微生物分離鑒定法。傳統(tǒng)的細(xì)菌分離鑒定法是指通過對細(xì)菌的分離、純化獲得細(xì)菌菌株的純培養(yǎng)物，然后通過革蘭氏染色、顯微鏡觀察以及生理生化試驗(yàn)，結(jié)合菌落特點(diǎn)、形態(tài)差異、生理生化特征等，參照《伯杰細(xì)菌鑒定手冊》及《常見細(xì)菌系統(tǒng)鑒定手冊》等對分離到的菌株進(jìn)行分類鑒定[1]。Chavshin等[9]用傳統(tǒng)的分離鑒定方法對庫蠓Culicoides體內(nèi)的可培養(yǎng)細(xì)菌進(jìn)行研究，共鑒定出了12個細(xì)菌屬；Martin和Schmidtmann等[10]用傳統(tǒng)方法研究肩胛硬蜱Ixodesscapularis體內(nèi)需氧菌，發(fā)現(xiàn)若蜱體內(nèi)主要存在革蘭陰性球菌，而成蜱體內(nèi)主要是革蘭陰性和革蘭陽性桿菌。

大多數(shù)研究都是通過分離和培養(yǎng)細(xì)菌來研究節(jié)肢動物體內(nèi)的微生物群。然而，自然環(huán)境中 99.5%～99.9%的微生物種類至今尚不可培養(yǎng)，因此以純培養(yǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)對吸血節(jié)肢動物體內(nèi)細(xì)菌的鑒定不能完全反映其體內(nèi)細(xì)菌的真實(shí)情況，且不能揭示所分離細(xì)菌間的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系。細(xì)菌16S rRNA基因在結(jié)構(gòu)與功能上具有高度的保守性，素有“細(xì)菌化石”之稱，能反映生物物種的親緣關(guān)系，為系統(tǒng)發(fā)育提供線索，其可變區(qū)能揭示生物物種的特征核酸序列，具有屬或種的特異性[11]。目前用于吸血性節(jié)肢動物體內(nèi)共生菌研究較多的是以16S rRNA基因?yàn)榛A(chǔ)的分子生物學(xué)技術(shù)，主要有16S rRNA-PCR、16S rRNA序列分析、變性/溫度梯度凝膠電泳（PCR-DGGE/TGGE）、限制性片段長度多態(tài)性聚合酶鏈反應(yīng)（PCR-RFLP）、實(shí)時熒光定量PCR（RT-qPCR）等[12]，各種技術(shù)都有各自的特點(diǎn)和適用性，如表1。

表1 基于細(xì)菌16S rRNA基因的分子生物學(xué)技術(shù)Table 1 Introduction of molecular biology techniques based on bacterial 16S rRNA gene

近年來，隨著測序技術(shù)的迅猛發(fā)展，基于細(xì)菌16S rRNA基因可變區(qū)的細(xì)菌第二代高通量測序技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于吸血性節(jié)肢動物共生菌的研究中，此方法可以檢測出群落中極度稀少的微生物，更精確地測定節(jié)肢動物體內(nèi)各類微生物的相對豐度。黃邵軍等[19]采用高通量測序技術(shù)分析了血蜱屬Haemaphysalis和扇頭蜱屬Rhipicephalus的細(xì)菌種群多樣性，共檢出9個門77個屬，居前3位的細(xì)菌門依次是厚壁菌門Firmicutes、變形菌門Proteobacteria、藍(lán)藻門Cyanobacteria，其中厚壁菌門為優(yōu)勢菌群，另外，還發(fā)現(xiàn)了5種人獸共患病原菌。高通量測序技術(shù)可以全面準(zhǔn)確地分析吸血性節(jié)肢動物體內(nèi)病原微生物信息，為節(jié)肢動物傳染疾病的防控和綜合監(jiān)測提供依據(jù)。

3.2 共生菌功能研究

研究共生菌對宿主的功能主要有3種方法，一種是選擇性地去除特定共生菌，通過比較特定菌去除前后宿主表型的變化來分析共生菌的功能。另一種是對基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白組和代謝組數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，推測特定菌對宿主的功能。此外，對于可體外培養(yǎng)的細(xì)菌，可以通過體外生化試驗(yàn)分析其功能[20]。

共生菌的去除方法主要有兩種，一種是抗生素處理，另一種是高溫或輻照處理?？股靥幚硎亲畛Ｓ玫娜ゾ椒?，通過蟲體取食或顯微注射，可以有效去除共生菌[20]。給鐮形扇頭蜱R.haemaphysaloides的血腔中注射卡那霉素，發(fā)現(xiàn)柯克斯氏體屬Coxiella內(nèi)共生菌對扇頭蜱的繁殖具有重要作用[21]。雖然抗生素處理可以有效去除宿主體內(nèi)的共生菌，但是，由于現(xiàn)有抗生素的廣譜性，缺乏能夠選擇性去除特定共生菌的抗生素，不能排除非目的菌豐度變化對宿主的影響；所以在用此方法研究共生菌的功能時，要考慮抗生素的使用劑量和共生菌對不同抗生素的敏感度，同時結(jié)合傳統(tǒng)的細(xì)菌培養(yǎng)、qPCR、熒光染色等方法檢測抗生素對宿主體內(nèi)共生菌的去除效果[20]。除了抗生素處理外，高溫和輻照也可以去除節(jié)肢動物體內(nèi)的共生菌，有研究表明輻照處理可選擇性去除宿主體內(nèi)的共生菌，如使用γ射線處理舌蠅Glossina后，其體內(nèi)共生菌線粒體纖原體Sodalis和Wolbachia的豐度下降，而螺原體屬Wigglesworthia的豐度不變。但是，有些共生菌對高溫的耐受度高于宿主本身，所以這種處理方法可能會影響宿主的適合度，不利于后續(xù)研究[22]。

多組學(xué)（Multi-Omics）技術(shù)是探究生物系統(tǒng)中多種物質(zhì)之間相互作用的方法，包括基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)等。共生菌和宿主之間通過代謝物質(zhì)進(jìn)行交流和建立聯(lián)系，多組學(xué)產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)可以為研究昆蟲-共生菌的互作機(jī)制提供新思路[20]。如宏基因組測序能全面準(zhǔn)確地分析共生菌的多樣性和豐度，還可以獲得共生菌的基因序列，為共生菌的遺傳進(jìn)化提供最直接的信息，此外，將宏基因組數(shù)據(jù)和功能數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對、注釋和功能分析，可以推測共生菌的潛在功能；轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白組學(xué)適用于研究共生菌去除前后宿主的分子功能變化，進(jìn)而揭示共生菌對宿主的作用；代謝組學(xué)可以通過對共生菌和宿主的代謝物進(jìn)行定性和定量分析，為共生菌和宿主的代謝過程提供更直接的證據(jù)[23]。在測序技術(shù)迅速發(fā)展的基礎(chǔ)上，多組學(xué)技術(shù)在節(jié)肢動物共生菌的研究中扮演著非常重要的角色。

對于一些可體外培養(yǎng)的共生菌，可以通過給培養(yǎng)基中添加某種特殊成分或底物來判定共生菌的功能。有研究用血平板分離埃及伊蚊Aedesaegypti腸道細(xì)菌，通過觀察溶血圈的產(chǎn)生發(fā)現(xiàn)了兩種能夠有效溶解紅細(xì)胞、促進(jìn)埃及伊蚊血液消化的細(xì)菌，分別是腸桿菌屬Enterobacter和沙雷氏菌屬Serratia[24]。也有研究將昆蟲共生菌與化學(xué)殺蟲劑共培養(yǎng)，培養(yǎng)一段時間后，通過檢測培養(yǎng)基中殺蟲劑的濃度判定共生菌是否具有降解殺蟲劑的能力[25]，進(jìn)而研究共生菌與昆蟲抗藥性的關(guān)系。

4 吸血性節(jié)肢動物常見共生菌及其功能

吸血性節(jié)肢動物的初生共生菌主要包括沃爾巴克氏體Wolbachia、立克次氏體Rickettsia、殺雄菌屬Arsenophonus、柯克斯氏體Coxiella、弗朗西斯氏菌屬Francisella、螺原體屬Spiroplasma、Lariskella、Wigglesworthia、Riesiapediculicola等；次生共生菌主要包括不動桿菌Acinetobacter、Asaia、腸桿菌屬Enterobacter、沙雷氏菌屬Serratia、葡萄球菌Staphylococcus、線粒體纖原體Midichloriamitochondrii、Pantoea、Pseudomonsa、Sodalisglossinidius等，這些共生細(xì)菌感染不同的節(jié)肢動物（圖1），并在它們體內(nèi)行使重要功能。

圖1 吸血性節(jié)肢動物主要共生菌的整體感染情況Fig.1 Overall view of the main groups of the symbionts in haemophagous arthropods

4.1 吸血性昆蟲和蜱螨共有的共生菌及其功能

Wolbachia是唯一在所有吸血性節(jié)肢動物分類群中均有報道的細(xì)菌，但是Wolbachia并不是吸血性節(jié)肢動物獨(dú)有的，研究發(fā)現(xiàn)，在 70%的昆蟲和一些甲殼類動物（主要是陸生的）、螯齒動物和線蟲中都有Wolbachia，它存在于宿主各種組織和器官中，如蜱的唾液腺和腸道、白紋伊蚊Aedesalbopictus的血淋巴中，但最常見的是在卵巢和睪丸等性腺組織中[26]。以前，Wolbachia被認(rèn)為是一種生殖寄生菌，它會影響節(jié)肢動物宿主的生殖性能，如胞質(zhì)不相容性（cytoplasmic incompatibility）：當(dāng)感染W(wǎng)olbachia的雄蚊（白蚊伊蚊）與未感染W(wǎng)olbachia的雌蚊交配后，在胚胎中觀察到較高的死亡率[27]。近年來，隨著研究的深入，一些Wolbachia菌株的專性共生現(xiàn)象已被報道，如Wolbachia與臭蟲的共同進(jìn)化導(dǎo)致WolbachiawCle菌株的產(chǎn)生，該菌株在感染臭蟲時扮演了專性互惠共生的角色。WolbachiawCle存在于雄性和雌性生殖腺附近的含菌細(xì)胞中，為臭蟲的生長發(fā)育提供生物素和核黃素，并參與宿主生殖調(diào)控[8]。此外，有研究發(fā)現(xiàn)Wolbachia可使其宿主具有抗病毒的特性，可降低甚至清除蚊體內(nèi)病原體的感染，抑制登革熱病毒、黃病毒、瘧原蟲、絲蟲等病原體在蚊蟲體內(nèi)的生長，從而阻斷蟲媒病的傳播[28]。

Rickettsia是節(jié)肢動物廣泛攜帶的細(xì)菌類群，它感染多種吸血性節(jié)肢動物，如體虱、舌蠅、埃及伊蚊、岡比亞按蚊、沙蠅、蜱、螨蟲等。Rickettsia在蜱中存在多種共生關(guān)系，從致病性到互惠共生。布氏立克次氏體Rickettsiabuchneri是肩胛硬蜱的主要共生菌，主要存在于成年雌蜱的卵巢中，垂直傳播，但其在蜱其他生命階段的組織向性和與蜱生理有關(guān)的功能尚不清楚[29]。最近有研究發(fā)現(xiàn)布氏立克次氏體還可以在肩胛硬蜱Ixodesscapularis的唾液腺中定殖，這一發(fā)現(xiàn)對于診斷和防控蜱傳立克次體傳染病具有重要意義[30]。貓立克次氏體Rickettsiafelis是人類病原體，存在于岡比亞按蚊的各種器官中，甚至在糞便中也發(fā)現(xiàn)此菌，因此，岡比亞按蚊Anophelesgambiae可能是貓立克次氏體的潛在傳播媒介[31]。在其他節(jié)肢動物如舌蠅、白蛉中也發(fā)現(xiàn)了Rickettsia，但是它們的功能尚不清楚。

Acinetobacter是吸血性節(jié)肢動物體內(nèi)分布最廣泛的次生共生菌，在吸血性昆蟲和蜱螨中都檢測到。在蚊子中檢測到了多種Acinetobacter，包括醋酸鈣不動桿菌A.calcoaceticus、瓊氏不動桿菌A.junii、鮑曼不動桿菌A.baumanii、魯菲不動桿菌A.lwoffi等，其中鮑曼不動桿菌作為醫(yī)院感染的主要病原，會引起菌血癥、肺炎、腦膜炎、腹膜炎、心內(nèi)膜炎以及泌尿道和皮膚感染。據(jù)報道，鮑曼不動桿菌存在于蚊科、沙蠅科、虱科的某些物種中，這些節(jié)肢動物是傳播此類細(xì)菌的媒介[32]。關(guān)于Acinetobacter對吸血性節(jié)肢動物功能的研究鮮有報道。研究中發(fā)現(xiàn)舌蠅中腸的共生菌——腸桿菌Entrobacter、腸球菌Enterococcus和Acinetobacter，可使舌蠅對錐蟲的感染率提高三倍，說明Acinetobacter可能影響舌蠅對錐蟲的敏感性，或許可以通過重塑舌蠅體內(nèi)的共生菌感染模式來改變其作為疾病傳播媒介的能力[33]。

Serratia是廣泛存在于吸血性節(jié)肢動物體內(nèi)的一種次生共生菌，已經(jīng)從多種節(jié)肢動物體內(nèi)分離到了這類細(xì)菌，包括蚊科、沙蠅科、白蛉科、獵蝽科、虱科等。對蚊子中Serratia功能的研究相對較多，Serratia能穩(wěn)定寄生在蚊子的中腸、雌性卵巢和雄性副腺體，并在蚊子種群中迅速傳播。中華按蚊AnophelessinensisWiedemann中腸的Serratia可以激活蚊子的免疫系統(tǒng)，誘導(dǎo)產(chǎn)生多種抗瘧原蟲效應(yīng)蛋白，抑制瘧原蟲在蚊子體內(nèi)的繁殖[34]。從埃及伊蚊中分離的Serratia具有溶血活性，參與宿主血液消化過程中紅細(xì)胞的裂解，提高宿主對血液的利用率，進(jìn)而提高生殖性能[24]。

4.2 蜱特有的共生菌及其功能

Francisella是蜱特有的初生共生菌，未在其他的吸血性節(jié)肢動物中發(fā)現(xiàn)。從蜱中檢測到的類弗朗西斯氏菌內(nèi)共生體（Francisella-like endosymbiont，F(xiàn)LE）與人畜共患病兔熱病的病原土拉弗朗西斯氏菌（Francisellatularensis）具有高度同源性，揭示FLE可能是由病原菌進(jìn)化而來的。迄今為止，對FLEs的研究大多停留在種類鑒定層面，而對其功能的研究相對較少。有研究從血蜱中鑒定出一種FLE，并評估了這種共生菌的潛在功能，結(jié)果表明：在血蜱中FLE感染率為100%，分布于蜱的卵巢、馬氏小管、唾液腺和中腸，特別是在雌蟲卵巢中出現(xiàn)了較高的密度和規(guī)律的種群動態(tài)，提示該共生菌可能為雌蟲卵巢的正常發(fā)育提供必要的營養(yǎng)或調(diào)節(jié)因子[35]。但是，最近在一項(xiàng)關(guān)于鈍眼蜱屬細(xì)菌多樣性的研究中發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)LE是短暫存在的一種共生菌，它與蜱中的其他內(nèi)共生菌可能存在競爭關(guān)系，如類柯克斯氏體內(nèi)共生體（Coxiella-like endosymbiont，CLE）[36]，因此，F(xiàn)LE在蜱體內(nèi)所起的作用還需要進(jìn)一步探索。

Coxiella也是蜱特有的初生共生菌，研究發(fā)現(xiàn)，類柯克斯氏體內(nèi)共生體CLE在約2/3的蜱類中都存在。雖然在其他物種中也檢測到Coxiella，但是它們與宿主的共生關(guān)系沒有被確認(rèn)。CLE與蜱有很長的協(xié)同進(jìn)化歷程，與蜱的多種生理活動密切相關(guān)。在一項(xiàng)關(guān)于美洲花蜱共生菌的研究中發(fā)現(xiàn)蜱蟲體內(nèi)CLE的含量對蜱的體質(zhì)量、卵孵化率及幼蟲的存活率都有影響[37]。后來又有一項(xiàng)研究揭示了 CLE影響蜱發(fā)育和繁殖的機(jī)制，微小牛蜱Boophilusmicroplus體內(nèi)CLE是一種垂直傳播的互惠共生體，通過細(xì)菌基因組測序發(fā)現(xiàn)了幾種與維生素和關(guān)鍵代謝輔因子生物合成途徑相關(guān)的基因，這些基因可能為蜱宿主提供營養(yǎng)補(bǔ)充[38]。此外，有研究從嗜群血蜱Haemaphysalisconcinna中檢測到了CLE，發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室種群的雌蜱和雄蜱中CLE的感染率均為100%；CLE在蜱的各個發(fā)育階段及F1代卵中均有存在，說明CLE在嗜群血蜱中可垂直傳播；同時對CLE生物感染位點(diǎn)進(jìn)行檢測，結(jié)果表明CLE在嗜群血蜱中的感染具有組織特異性，特異性感染嗜群血蜱的卵巢和馬氏管[39]。以上研究均說明 CLE作為蜱的初生共生菌，與蜱共同進(jìn)化，對蜱的生長發(fā)育和繁殖起重要作用。

Midichloriamitochondrii是蜱特有的共生菌，最初是從硬蜱科的蓖麻硬蜱Ixodesricinus體內(nèi)檢測到，對該菌特征和功能的研究大部分集中在蓖麻硬蜱上。Midichloriamitochondrii在雌性蓖麻硬蜱中的感染率為 100%，主要定殖在卵巢細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中并垂直傳播給后代，具有入侵和破壞宿主線粒體的獨(dú)特能力，這種普遍存在的現(xiàn)象說明該細(xì)菌在雌蜱的生命活動中扮演著重要角色，但是具體功能有待進(jìn)一步探索。大多數(shù)Midichloriamitochondrii局限于蜱的卵巢，然而，也有研究在蓖麻硬蜱的唾液腺和脊椎動物的血液中檢測到此菌，提示該細(xì)菌可能作為病原體感染脊椎動物[40]。

4.3 吸血性節(jié)肢動物的其他常見共生菌及其功能

Arsenophonus是吸血性節(jié)肢動物中分布廣泛的共生菌，在半翅目昆蟲（錐蝽科、臭蟲科）和蜱（蓖麻硬蜱、革蜱）中檢測到此類細(xì)菌。Arsenophonus最初被認(rèn)為是寄生在黃蜂體內(nèi)的一種細(xì)菌，對雄性黃蜂的發(fā)育有負(fù)面影響，通常與性別比例失調(diào)有關(guān)。在花蜱GenusAmblyomma中，Arsenophonus可垂直傳播。在蓖麻硬蜱中分離出了一種與黃蜂體內(nèi)Arsenophonus幾乎相同的菌株，37%的若蜱感染這種細(xì)菌，而成蜱的感染率只有3.6%，表明在蓖麻硬蜱的早期發(fā)育階段，這種細(xì)菌的感染率很高，因此，可以推測Arsenophonus可能在蜱的適應(yīng)性或發(fā)育中發(fā)揮作用，但關(guān)于細(xì)菌-蜱關(guān)系的確切證據(jù)需要進(jìn)一步探索[40]。

Asaia主要感染蚊子，位于宿主的腸道、生殖腺以及唾液腺中，對宿主生長、發(fā)育和繁殖起著十分重要的作用。在岡比亞按蚊中，Asaia可以垂直傳播并且促進(jìn)宿主幼蟲的發(fā)育。抗Asaia單克隆抗體注射到成蚊體內(nèi)抑制Asaia的生長后，會導(dǎo)致雄性死亡率增加和多種轉(zhuǎn)錄組發(fā)生變化，說明Asaia對成蚊的生存也至關(guān)重要[41]；此外，Asaia能同時和瘧原蟲共生于按蚊的腸道和唾液腺中，可發(fā)揮免疫調(diào)控作用，激活宿主抗菌肽的表達(dá)而自身不受抑制，因此可以對Asaia進(jìn)行遺傳改造，使其宿主產(chǎn)生抗寄生蟲分子來降低按蚊傳播瘧疾的能力[42]。

Wigglesworthia可以感染大多數(shù)種類的舌蠅，舌蠅是布魯氏錐蟲（非洲睡眠病的病原）的傳播媒介，系統(tǒng)發(fā)育分析表明，這種共生菌與舌蠅至少有 5000萬年共同進(jìn)化歷程。在舌蠅體內(nèi)，已經(jīng)確定了兩個主要的Wigglesworthia種群：一種位于雌性前腸中的含菌體中，另一種位于雌性乳腺器官中。舌蠅體內(nèi)的Wigglesworthia作為一種專性互惠共生菌，影響宿主的繁殖、消化和免疫過程，用抗生素消除雌性舌蠅體內(nèi)的Wigglesworthia后，繁殖力顯著降低，補(bǔ)充維生素后可以部分恢復(fù)其繁殖力，說明Wigglesworthia在宿主合成維生素的過程中發(fā)揮重要作用[43]。此外，Wigglesworthia對舌蠅免疫系統(tǒng)的正常發(fā)育也至關(guān)重要，研究發(fā)現(xiàn)，如果舌蠅幼蟲階段缺乏Wigglesworthia，發(fā)育為成蟲后細(xì)胞免疫和體液免疫功能受損，編碼抗微生物的基因表達(dá)降低，容易受到病原菌的攻擊[44]。

Sodalisglossinidiusy也是吸血性節(jié)肢動物常見的次生共生菌。Sodalisglossinidius最初被鑒定為舌蠅的次生共生菌，廣泛分布舌蠅的腸道、唾液腺、淋巴和肌肉等多個組織器官中。將Sodalisglossinidius從舌蠅中去除后，舌蠅的壽命會受到影響，并且會增強(qiáng)舌蠅對錐蟲的抵抗力，證明該菌在增強(qiáng)宿主對錐蟲易感性方面具有重要作用[45]。最近在一些其他物種（虱蠅、臭蟲）中也發(fā)現(xiàn)了此類細(xì)菌，但是它們的功能尚不清楚[46]。

Riesiapediculicola是體虱的專性內(nèi)共生菌，位于雄性體虱中腸的細(xì)菌細(xì)胞、雌性體虱輸卵管外側(cè)及卵母細(xì)胞極的后部，其主要的傳播方式為垂直傳播。在關(guān)于此細(xì)菌對宿主的功能研究中發(fā)現(xiàn)Riesiapediculicola在雌性和雄性體虱中都與泛酸的產(chǎn)生有關(guān)，而在雌性中感染后對健康卵子的產(chǎn)生和后代的生存有積極影響?；蚪M分析顯示，Riesiapediculicola的基因組在一個短線性染色體和一個環(huán)狀質(zhì)粒上編碼了不到600個基因，質(zhì)粒中含有一種泛酸合成所需的獨(dú)特基因序列，這也證實(shí)了它與宿主的密切關(guān)系[46]。

Enterobacter是伊蚊、庫蚊和按蚊屬中常見的腸道共生菌，在疾病傳播方面有重要作用。這些菌株可以產(chǎn)生活性氧，活性氧干擾了瘧原蟲的發(fā)育，導(dǎo)致瘧原蟲在入侵蚊子腸道上皮細(xì)胞之前就死亡，使蚊子產(chǎn)生對瘧原蟲的抗性，阻斷瘧疾的傳播[47]。此外，埃及伊蚊中腸的Enterobacter能產(chǎn)生溶血酶，可以促進(jìn)吸血后血液的消化[24]。

5 共生菌在防控吸血性節(jié)肢動物及其傳播疾病中的應(yīng)用

吸血性節(jié)肢動物的共生菌在宿主的發(fā)育、繁殖、免疫以及疾病傳播過程中扮演重要角色，利用共生菌和宿主的關(guān)系，已經(jīng)建立了一些針對吸血性節(jié)肢動物及其傳播疾病的生物防治手段。

5.1 基于Wolbachia種群壓制技術(shù)控制蚊媒傳染病

在蚊蟲體內(nèi)，Wolbachia會引起一種稱為胞質(zhì)不相容（cytoplasmic incompatibility，CI）的現(xiàn)象，即感染W(wǎng)olbachia的雄蚊與未感染的雌蚊或感染不同Wolbachia的雌蚊交配后，雌蚊產(chǎn)的卵在胚胎時期死亡的現(xiàn)象[48]。根據(jù) CI特性，可以建立兩種蚊媒傳染病的控制策略。一種策略是種群替換，即感染W(wǎng)olbachia的雌蚊與感染或未感染的雄蚊交配，產(chǎn)生的后代都攜帶Wolbachia，這就使Wolbachia在整個種群中發(fā)生擴(kuò)散。Wolbachia使蚊子對一系列蟲媒病毒產(chǎn)生抗性，包括登革熱病毒、黃病毒、寨卡病毒等，因此Wolbachia的傳播可以減少甚至阻斷病毒通過蚊子傳播。另一種策略是種群壓制，即感染W(wǎng)olbachia的雄蚊與其未感染或感染不同類型Wolbachia的雌蚊交配，它們的后代在胚胎時期死亡。通過持續(xù)釋放感染的雄蚊，從而控制蚊媒種群數(shù)量，進(jìn)而阻斷疾病傳播[49]?；谏鲜鲈?，有許多研究進(jìn)行了種群壓制田間試驗(yàn)，其中，規(guī)模最大的一次試驗(yàn)為奚志勇及其團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)應(yīng)用型研究，該研究通過人工培育，釋放了經(jīng)過處理的攜帶Wolbachia的絕育雄蚊，可以幾乎根除防疫區(qū)內(nèi)的野生白紋伊蚊種群，從而實(shí)現(xiàn)對于登革熱、瘧疾等蟲媒傳染病的防治[50]。

5.2 利用腸道共生菌阻斷瘧疾的傳播

瘧疾（malaria）的病原體瘧原蟲是一種由按蚊傳播的寄生蟲，通過叮咬人傳播。按蚊吸血后，腸道微生物數(shù)量迅速增長，特別是革蘭氏陰性菌，這些細(xì)菌不僅會與瘧原蟲爭奪營養(yǎng)，還會通過產(chǎn)生各種酶、毒素和物理屏障直接對瘧原蟲產(chǎn)生作用，另外還能夠激活宿主的免疫系統(tǒng)產(chǎn)生抗瘧原蟲效應(yīng)蛋白，或改變按蚊的代謝，從而影響對瘧原蟲發(fā)育至關(guān)重要的各種生物分子的合成。有研究將黏質(zhì)沙雷氏菌Serratia marcescens和各種腸桿菌科Enterobacter細(xì)菌分別與感染瘧原蟲的血液共同飼喂淡色按蚊，結(jié)果僅有1%的按蚊感染瘧疾，而無細(xì)菌共同飼喂的對照組感染率高達(dá)71%，說明這些腸道共生菌對瘧原蟲有很好的防控效果[51]。

6 小結(jié)和展望

迄今，有關(guān)吸血性節(jié)肢動物共生菌的多樣性和功能的研究已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，但由于節(jié)肢動物種類繁多且生活習(xí)性多樣，關(guān)于共生菌和宿主之間的關(guān)系以及各種共生菌之間的相互作用了解甚少。早期對共生菌的研究主要依賴傳統(tǒng)的微生物分離培養(yǎng)和基于16S rRNA基因的一些分子生物學(xué)手段，這些方法可以鑒定出可培養(yǎng)的、豐度較高的細(xì)菌，許多不可培養(yǎng)或豐度較低的微生物難以發(fā)現(xiàn)，極大地限制了此類微生物的研究。近年來，宏基因組測序技術(shù)的發(fā)展可以有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)研究手段的缺陷，有助于深入了解吸血性節(jié)肢動物共生菌多樣性。

經(jīng)過長期共同進(jìn)化，吸血性節(jié)肢動物與其體內(nèi)的共生菌建立了密切的共生關(guān)系，它們相互影響，協(xié)同進(jìn)化。共生菌在宿主的生長發(fā)育、營養(yǎng)代謝、免疫調(diào)節(jié)、抵御病原以及生殖調(diào)控等方面具有重要作用。在共生菌功能研究中最常用的方法是利用抗生素清除宿主體內(nèi)細(xì)菌，通過對比共生菌清除前后宿主表型變化來確定目標(biāo)共生菌的功能，但是這種方法存在一定的缺陷，廣譜抗生素會清除宿主體內(nèi)的大部分共生菌，因此，難以排除目標(biāo)菌以外的其他共生菌對宿主造成的影響。隨著分子生物學(xué)的發(fā)展和宏基因組測序技術(shù)的普及，不僅可以明確節(jié)肢動物宿主體內(nèi)共生細(xì)菌種類，還可以預(yù)測單個共生菌、共生菌間、共生菌種群的相應(yīng)功能，打破抗生素處理不穩(wěn)定的研究瓶頸，為共生菌-宿主互作機(jī)制的研究提供了更為有效的手段[13]。

關(guān)于共生菌在防治吸血性節(jié)肢動物及蟲媒傳染病的應(yīng)用性研究報道很少。迄今為止，僅有少數(shù)幾種共生菌被應(yīng)用到蚊媒傳染病的防治中，而大部分研究只停留在實(shí)驗(yàn)室階段，這主要是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室飼養(yǎng)的種群與野外種群體內(nèi)的共生菌存在很大差異，不同地域種群的共生菌也不相同，這使得吸血節(jié)肢動物共生菌研究變得更為復(fù)雜。但是，可以確定的是，隨著研究的深入，會有更多新的、具有特殊功能的共生菌被發(fā)現(xiàn)；隨著分子生物學(xué)和基因組學(xué)技術(shù)的發(fā)展，關(guān)于共生菌與宿主的共生機(jī)制和進(jìn)化機(jī)制的研究也會獲得新突破，這些成果將在開發(fā)新型的生物防控技術(shù)中發(fā)揮越來越重要的作用。