科学:揭示抵抗绦虫时形成或不形成疤痕组织的进化成本和收益

来源：100医疗网原创2022-09-20 08336000

在一项新的研究中，来自奥斯汀德克萨斯大学和康涅狄格大学的研究人员发现，三种刺鱼进化出了对绦虫的抗性，但这种抗性有其自身的代价。

拖着三分之一重的绦虫到处跑真的很累。在一项新的研究中，来自奥斯汀德克萨斯大学和康涅狄格大学的研究人员发现，三棘鱼已经对一种叫做绦虫的寄生虫产生了抵抗力，但这种抵抗力有其自身的代价。相关研究成果发表在2022年9月9日的《科学》杂志上，题目是对寄生现象的一种病理性免疫反应的进化得与失。

大约12000年前，当这三种多刺的鱼离开海洋水域，定居在北部淡水湖时，它们遇到了淡水绦虫。这些绦虫侵入它们的腹部并生长，达到巨大的体型，占宿主多刺鱼体重的四分之一到三分之一。这就像一个中等身材的人有一条50磅重的绦虫。一些多刺鱼类种群很快进化出一种防御措施：当遇到绦虫时，它们的系统会在绦虫周围形成疤痕组织，阻止它们生长。然而，其他多刺鱼类种群可以忍受这些绦虫，只产生一点点疤痕组织或根本没有疤痕组织。

那些形成疤痕组织以抵抗绦虫的三棘鱼种群和那些没有形成疤痕组织的三棘鱼种群可以生活在一起，在湖中相距仅几英里。直到现在，没有人知道为什么一些三棘鱼种群以一种方式进化，而另一些以另一种方式进化。

康涅狄格大学生物学家、论文合著者丹尼尔博尔尼克(Daniel I. Bolnick)表示，我们在阿拉斯加州和不列颠哥伦比亚省看到了这种情况。我们的同事在斯堪的纳维亚也看到了这种情况。

论文的共同作者、德克萨斯大学奥斯汀分校的杰西韦伯(Jesse Weber)表示，绦虫和鱼之间的共同进化的巧妙之处在于，这是一个明显的动态过程。在我们看到的每个地方，这场进化之战都有不同的结果。博尔尼克、韦伯和论文合著者、德克萨斯大学奥斯汀分校的娜塔莉斯坦内尔(Natalie Steinel)共同回答了棘鱼的寄生抗性问题。他们发现对寄生虫的抵抗力并不总是一件好事。

这些作者研究了不列颠哥伦比亚省温哥华岛罗伯茨湖和小鹅湖附近的三种多刺鱼。两个湖里都有绦虫，两个湖里都有三条刺鱼。这两个湖中的三种刺鱼非常相似。它们的主要区别在于，罗伯茨湖的三种刺鱼会主动形成疤痕组织来阻止绦虫的生长，而小鹅湖的三种刺鱼则不会形成疤痕组织。它们之间唯一的另一个明显区别是，来自罗伯茨湖的雌性三刺鱼的繁殖成功率比来自高斯林湖的雌性三刺鱼低得多，显然是因为它们腹部形成的疤痕组织使它们更难繁殖。

这些作者想知道哪些基因负责疤痕组织的形成，以及疤痕组织是否是罗伯茨湖雌性棘鱼繁殖能力差的原因。然而，如果他们只是简单地直接比较来自罗伯茨湖和高斯林湖的三种刺鱼的基因组，他们可能会被两组三种刺鱼之间与伤疤无关的其他基因差异所迷惑。他们不得不将两组人混合，这样他们之间唯一一致的区别就是疤痕特征。

为了进行基因重组，这些作者将来自罗伯茨湖的三种刺鱼与来自高斯林湖的三种刺鱼杂交。由此产生的罗伯茨-高斯林杂交鱼都非常相似，每条杂交鱼都有来自三棘鱼种群的一半基因。然后，这些杂交鱼相互交配，产生第二代杂交鱼。第二代有很多不同的基因组合。每条第二代杂交鱼都有彼此不同的性状，它们的杂交父母，以及作为祖父母的罗伯茨湖和小鹅湖的三条刺鱼。

然后，作者将第二代转基因杂交鱼暴露于绦虫。在将它们暴露一定天数后，他们观察了每条第二代杂交鱼身上的疤痕组织和绦虫的相对数量。他们分析了带有大量绦虫的第二代杂交鱼的基因组，并与带有严重疤痕的第二代杂交鱼的DNA进行了比较。他们将差异缩小到几个基因，然后仔细观察哪些基因非常活跃。他们发现，最活跃的基因之一是一种也与小鼠疤痕组织形成密切相关的基因。

你可能会惊讶，老鼠形成疤痕组织的方式和鱼一样。但是疤痕组织的产生是由免疫系统控制的，这在从鱼到老鼠到我们的所有脊椎动物中都是相似的。

然后，作者研究了这两个原始种群的三种刺鱼的基因。在小鹅湖三种刺鱼的基因组中，他们发现该基因最近发生了进化。似乎有持续的进化压力，让这三种棘鱼种群忍受绦虫，而不是让它们形成疤痕组织。

博尔尼克说，这是为数不多的在野外和实验室完成的论文，说明寄生虫抗药性的适应成本很高。然而，这是有道理的。很多有疤痕组织的雌性多刺鱼繁殖成功的可能性降低80%。绦虫似乎不会影响繁殖，尽管它们确实会降低三种多刺鱼的速度，使它们更容易被鸟类吃掉。

韦伯说，当我们观察这些系统时，我们可以学到很多东西，不仅可以了解进化的过程，还可以了解对人类和牲畜有应用价值的新机制。例如，你的免疫系统如何识别寄生虫，你如何抵抗寄生虫，你如何

关闭不需要的免疫反应等机制。

Steinel说， 这项新研究很重要，因为它强调了种群内部和种群之间存在的免疫学变异性（以及因此抵抗感染的能力），这是如何产生的，以及这如何影响健康结果。在这篇论文中，我们使用鱼类来解决免疫/病原体共同进化的问题，但这些原则广泛适用于其他动物系统，包括人类感染。为了成功地控制传染病，我们必须了解免疫反应导致的成本和效益的平衡。 （ 100yiyao.com）

参考资料：

1. Jesse N. Weber et al. . Science, 2022, doi:10.1126/science.abo3411.

2. To scar or not to scar when resisting tapeworms: That is the (evolutionary) question

https://phys.org/news/2022-09-scar-resisting-tapeworms-evolutionary.html

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