真实的《生化危机4》:日本研究寄生虫借宿主基因控制其思维


新发现:疑铁线虫驱使宿主自溺时,激活了宿主的数百个基因。
编者按:试想这项研究成果是正确的,并最终得以运用到人类身上,那操纵意识的噩梦就成真了。电影中的横路敬二、“终极战将”们将走入现实。想到这,小编真是虎躯一震啊…

成年铁线虫的外观和它们的名字一样,即便不看上面的图片,你也能想象得出:它们是长长的、像面条(毛细)或马尾巴毛一样的生物(英文名horsehair worm的由来…)。它们在水中生活和繁殖,但它们的幼虫只能在其他动物——通常是陆生昆虫,比如螳螂——的体内寄生发育。当它们在毫无知觉的宿主体内长大后,这些虫子必须说服它们的宿主跑到水里,甚至淹死自己,才能让铁线虫完成它们的使命。这些寄生虫如何致命地操纵它们的宿主,一直是科学家们的难题。今天发表在《当前生物学》杂志上的一项新论文探讨的就是这方面内容。来自日本的科研人员们认为,铁线虫有数百个基因,可让它们劫持螳螂的运动控制权——而这些基因,很可能是直接从它们不幸宿主那里获得的。

“这个结果令人惊讶,”巴黎-萨克雷大学的进化生物学家克莱门特·吉尔伯特说,他没有参与这项研究工作。如果事实证明,这么多的螳螂基因跑到了寄生虫身上——这个过程被称为水平基因转移——那么“这是目前为止报道的两种动物之间水平转移的基因数量最多的情况,”他补充说。
寄生虫控制宿主的思想,让它们早死的现象一直吸引着九州大学和理化学研究所生命系统动力学研究中心的进化生物学家三品达平(Tappei Mishina),他说:“在全世界范围内,我们人类亲眼目睹了这种令人恐怖的,寄生虫驱使陆生昆虫宿主跳入水中,有记录的历史长达一百余年。”
​Tappei Mishina三品達平
他与京都大学生态研究中心的生态学家佐藤拓也合作,研究了铁线虫等寄生虫寄生属性的遗传基础。
它们中的许多品种有着复杂的生命周期,并涉及多种宿主,而那些生活在淡水中的寄生虫,必须找到一种昆虫,才能发育成成虫。三品、佐藤和他们的同事专门研究的其中一属,被学界称为Chordodes,这种寄生虫可以感染螳螂,并可在掌心大小的昆虫腹内长到近1米长。
而关于这些虫子,是如何操纵宿主将自己自杀般投入水中的,人们之前却知之甚少。“这个机制简直是个谜,”三品说。他们认为这些虫子以某种方式控制了螳螂的大脑,于是研究团队在昆虫淹死自己之前、期间和之后,对寄生虫和螳螂大脑中的信使RNA(mRNA)进行了测序——当基因处于活跃状态时,mRNA是携带制造蛋白质指令的分子。
日本研究团队发现,超过3100个寄生虫基因,在操纵宿主自杀时,表达增强。令人惊讶的是,这些虫子基因中,超过1400个基因与它们的螳螂宿主基因非常相似。这表明,这些基因可能通过水平基因转移的方式,从宿主的基因组转移到了寄生虫的基因组。三品说:“一开始我简直不敢相信这个研究结果,还回头检查,以免有什么错误。我非常惊讶,因为这些类似基因实在是太多了。”
水平基因交换是一种神秘的现象。他们认为病毒、所谓的跳跃基因和其他一些基因运作机制,都参与其中。但在以前记录的转移案例中,物种间转移的线索都被忽视了。在这些寄生虫和宿主之间,有些转移显然是很久以前发生的,这使得寄生虫和螳螂的序列相互分化了5%甚至更多。但其他一些则几乎或完全相同,这就表明,这些基因转移是相对较近期才发生的。
研究宿主-寄生虫相互作用的博士后杰夫·多尔蒂(Jeff Doherty)没有参与这次研究,他说,这个结果很有前途,但研究人员还没有排除另一种可能性:螳螂是从寄生虫那里得到这些基因的。
该篇论文作者承认,这些序列也可能是由于螳螂的组织污染了寄生虫样本而产生的。然而,三品指出,他们在成年虫子中发现了类似于螳螂的RNA,这些虫子已经在水中独自生活了多达3天——比这种有可能污染样本的RNA,所通常能够持续的时间要长得多。此外,作者还指出,许多mRNA序列之间的差异在污染的情况下是没有用处的。
即使寄生虫确实捕捉到了螳螂的基因,多尔蒂也指出,它们如何帮助引导螳螂的行为还是不很清楚。寄生虫的蛋白质有可能模仿它们的宿主,让虫子能够控制螳螂的身体,激活适合它们需要的行为控制程序。“蛋白质模仿可能只是这个谜题的一部分,”他说,“我们的研究道路,漫长而曲折,而目前发现的一切仅仅是这条路的起点。”
潜在的转移基因数量是“惊人的”,吉尔伯特说。然而,他也说,作者们“本可以做得更多”来回应有关样本污染的质疑。他指出,在过去,类似的令人震惊的大量基因转移的说法,最终都被证明是错误的。三品所带领的团队正在对虫子和螳螂的整个基因组进行详细测序。吉尔伯特同意,这将有助于消除“样品污染”的担忧,并提供关于转移方向和转移时间的准确答案。他说:“我更情愿相信这一切是真的,因为一旦这是真的,那可就太棒了。”
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