媒介生物学领域国际研究前沿与技术热点

媒介生物学领域国际研究前沿与技术热点

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编者按:近年来,学科间的交叉会聚越来越明显,科技创新成果层出不穷。中国科协与生命科学学会联合体、清洁能源学会联合体、信息科技学会联合体、军民融合学会联合体、智能制造学会联合体联合,通过长期的跟踪研究,把握世界科技前沿动态,并定期以“中国科协创新智库产品”发布报告。本文主要就国际媒介生物学研究现状,各个国家、组织在媒介生物领域的重点布局,简要介绍研究前沿与技术热点,以及媒介生物学的趋势研判。

媒介生物学是指以媒介生物为对象,研究这些生物传播相关疾病的机理、条件和相应的控制措施,主要内容包括媒介生物的分类鉴定、生态习性、传播机理和防制原理及方法等。重要的媒介生物有蚊、蜱、蝇、沙蝇、跳蚤、锥蝽和一些淡水螺,另外还有一些专门传播植物疾病的媒介生物,如飞虱、叶蝉、粉虱、蓟马、粉蚧等。

(一)研究历程

媒介生物学领域国际研究前沿与技术热点

(二)全球研究现状

从各国规划与资助分析、文献与专利定量分析,以及高被引论文角度的研究进展三个方面分析媒介生物学领域的研究现状。

1. 国际组织及各国布局重点

目前各国布局的重点是:1)重要媒介生物的致病机理,重要媒传疾病的监测与流行病学研究;2)重要媒介传播疾病的防控,如疫苗、诊断与治疗产品开发;3)重要媒介生物(如蚊媒)的监测与防控;4)生态环境、气候变化对媒介生物的影响,进而影响媒介传播疾病的发生与传播。具体而言:

国际组织

世界卫生组织(WHO)等国际机构开展了广泛的媒介生物及相关疾病的防控研究,构建了国际防控网络。

美国

美国政府各部门开展从媒介控制、媒传疾病监测与防控等全链条的研究与资助。农业部聚焦于媒介,通过拨款、综合合作协议(General Cooperative Agreement)、部际间返还协议(Interagency Reimbursable Agreement)、特定合作协议(Specific Cooperative Agreement)4种方式长期开展媒介生物学研究。美国国家科学基金会(NSF)与NIH合作实施了“传染病的生态学与演化行动计划(Ecology and Evolution of Infectious Diseases Initiative,EEID)”。自2012年起,该项目资助了多项媒介传播疾病领域的项目。

欧盟及其成员国

欧盟第六框架计划(FP6)和第七框架计划(FP7)分别资助了“影响欧洲环境的传染病项目(EDEN,2004-2010)”和“欧洲虫媒传播疾病的生物学防控项目(EDENext,2011-2015)”两个大型媒介传播疾病项目。

英国重视虫媒防控、人畜共患病和新兴传染病。2016年4月,英国卫生部(PHE)发布了下一个四年的战略计划,提出到2020年的工作规划,重点提高包括媒传疾病在内的传染病服务体系、应对和响应能力。

法国开展媒介传播机理、媒介与生物系统相互作用研究。法国主要通过国家研究局(ANR)资助媒介及媒介传播疾病研究。此外,巴斯德所还调动其全球研究机构进行寨卡病毒的研究。

德国开展媒介及媒传疾病基础研究。德国制定了传染防治保护法(IFSG)来防治传染病(包括媒介传播疾病)的传播。并明确了疾病预防过程中社会机构、食品公司、健康机构负责人以及个人的职责。建立直属国家的罗伯特·科赫研究所,监测并预防传染病扩散。此外,德国研究基金会(DFG)也资助了媒介疾病相关的基础研究。

2. 国际研究进展

定性分析媒介生物学领域2012—2016年的高被引论文,获得五年来国际媒介生物学领域的重要进展,包括:

1)媒介生物遗传与生理生化研究

媒介种群遗传多样性研究主要集中在媒介分类、来源、遗传漂变、基因流及其种群结构变异、登革病毒易感性等方面。随着新型测序技术和生物信息学的发展,媒介生物组学研究包括基因组学、转录组学、蛋白质组学等发展迅速,为媒介生物及传播疾病的防治提供了广泛的、实用的大数据分析平台。

媒介昆虫与植物、微生物的相互作用领域近年来获得重要进展。许多研究人员开始关注媒介昆虫与其共生的微生物、植物之间的相互作用。研究人员重点研究了与植物和食草昆虫相关的微生物多样性和微生物群落的生态演化,进一步揭示了微生物在植物-昆虫互作中发挥的重要作用。

2)媒介生物及相关传染病监测、风险评估和预警

国际媒介传播疾病风险评估以定量为主,克服了定性研究的缺陷。媒介监测资料连续、监测频率高,并在预警时大多类模型纳入媒介监测,且研究多。

3)媒介传播疾病的机制及流行病学研究

主要表现在蚊传Zika病毒传播机制研究、蜱传立克次体病原体及其他新兴传染病的传播机制与流行病学研究。

蜱传病方面,瑞士苏黎士大学的研究人员发现Neoehrlichiosis是一种蜱传人畜共患病,可引起人体全身炎症反应综合征/自身免疫疾病。西班牙、美国和法国巴斯德所的研究人员验证了蜱传立克次体病原体嗜吞噬细胞无形体感染蜱和脊椎动物宿主的共同策略,包括细胞骨架重构、抑制细胞凋亡、操纵免疫反应。这些共同的机制为开发控制策略以便更好地控制嗜吞噬细胞无形体及相关疾病。

此外,美国爱荷华州立大学动物微生物学与预防医学系的研究人员与剑桥大学病理系的研究人员聚焦于昆虫特异性黄病毒(ISFs),总结了ISFs的宿主范围、传播方式、基因组学结构等。

4)环境/气候变化对媒介生物及媒介传播疾病的影响

全球气候变化是人类面临的规模最大、范围最广、影响最深远的挑战。气候变化对媒介生物和媒介传播疾病产生重要影响。国际多个机构的研究人员都关注气候变化对媒介生物的影响。

5)媒介传播疾病控制

通过开发疫苗、药物预防、治疗重要媒介传播疾病。疟疾治疗药物研发方面,美国MIT等机构的研究人员、上海交通大学生物医学工程学院研究人员合作开发口服超长效药物输送系统,旨在开发出长效的疟疾治疗药物。

6)媒介生物防控

媒介生物耐药性研究方面,发达国家非常重视媒介生物的可持续控制措施的实施,同时使用高通量抗药性检测技术如芯片技术,广泛开展抗药性研究。

新型媒介生物防治技术开发方面,目前在研的新型控蚊技术包括利用沃尔巴克氏体(Wolbachia)控蚊、利用植物来源的金属纳米颗粒灭蚊、利用CRISPR-Cas9技术进行蚊媒“绝育”等。利用Wolbachia进行媒介生物防治的研究主要集中在Wolbachia新感染型蚊种的建立、新型Wolbachia的共生对蚊虫的适应力变化、抗病毒特性研究、蚊媒种群压制(population suppression)和种群替换(population replacement)等方面。

(三)研究前沿与技术热点

定性分析总结被Faculty1000数据库收录的论文的研究内容,获得研究前沿;通过Vos Viewer软件对2012—2016年媒介生物学领域的SCI论文关键词进行聚类,进一步分析聚类图,获得研究热点。

研究前沿

宏观层面,研究人员长期开展媒介生物及相关疾病的监测、分布与传播研究,并构建相关模型,并根据气候变化等环境因素预测未来可能的传播范围;微观层面,研究人员重视媒介生物传播疾病的分子机制研究,以及媒介与病毒、环境的相互作用;应用层面,重要媒传疾病(如疟疾)的新药研发获得较多关注,此外,耐药性问题(包括病原的耐药性和媒介生物的耐药性)已经成为研究界重点关注问题。

研究热点

利用Vos Viewer软件绘制媒介生物学关键词共现(co-occurrence)聚类图,获得媒介生物学领域的研究热点包括:

1)biological control, climate change, wolbachia, hemiptera, aphid、predation等词代表的右边红色聚类表示芽虫、烟粉虱等传播植物疾病媒介的生物控制,例如自然天敌捕食这些害虫等;

2)Malaria, resistance, insecticide resistance, anopheles gambiae, vector control, plasmodium falciparum, insecticide, anopheles arabiensis等词代表的紫色聚类,表示疟疾媒介冈比亚按蚊的杀虫剂抗性和疟原虫的耐药性研究、媒介控制;

3)tick, ixodes ricinus, lyme disease, anaplasma phagocytophilum, borrelia burgdorferi, rickettsia, babesia等词代表的绿色聚类,表示蜱及蜱传疾病的控制;

4)Dengue, anopheles, west nile virus, arbovirus, transmission, aedes albopictus, vector等词代表的蓝色聚类,表示蚊媒传播的登革热、西尼罗河病毒、基孔肯雅病毒感染;

5)Mosquito, aedes aegypti, culicidae, evolution, transcriptome, culex quinquefasciatus, adaptation, insect, olfaction, behaviour等词代表的中间黄色聚类,表示蚊媒适应环境的演化与转录组分析;

另外还有媒传疾病流行病学、媒介与生态环境相互作用等方面的研究。

媒介生物学领域国际研究前沿与技术热点

技术热点

使用Thomson Innovation数据库的Themescape Map功能对2012-2016年公开的6586件专利族媒介生物学专利进行关键词聚类分析,获得媒介生物学领域的技术热点是杀虫剂化学结构改造、杀虫剂活性成分配比、杀虫剂使用、昆虫传染病防治。

媒介生物学领域国际研究前沿与技术热点

(四)趋势研判

未来,由于媒介传播的新兴与传统传染病仍将备受关注,媒介生物学领域仍将快速发展,论文量将快速增长,专利技术快速发展。该领域将与流行病学、寄生虫学、昆虫学、行为学与生态学等相关学科进一步加强合作,融合发展,以便更好地控制媒介和媒传疾病,具体表现在:

1)新一代测序技术的应用将推动媒介生物组学快速发展

2)媒介生物及相关疾病监测、风险评估及预警技术将创新发展

3)媒介生物快速鉴定与分析技术将快速发展

4)将出现更多环境友好型新杀虫剂

5)媒介生物的生物控制新技术将快速发展

中国科协生命科学学会联合体供稿,原文内容有删减。

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