一度被认为是无性繁殖的单细胞寄生虫在这种行为中被捕获

即使是单细胞生物也会时不时地渴望伴侣。

利什曼原虫是一种单细胞寄生虫,会引起皮肤和内脏器官的感染。但偶尔,研究人员也发现了携带利什曼原虫不止一个毒株(甚至不止一个物种)遗传物质的杂交寄生虫,这表明某种基因混合正在发生。

现在,位于圣路易斯的华盛顿大学医学院和美国国立卫生研究院(NIH)的研究人员发现,这种杂交的利什曼原虫可以彼此交配,产生可生育的后代,这些后代携带父母双方的基因——这是一个真正的有性生殖周期的迹象。研究人员希望利用他们的基因重组作为一种工具,来发现与利什曼病毒性有关的基因。

“我们想知道的是,为什么一种毒株会引发一种温和的疾病,而另一种毒株会引发一种致命的疾病,或者寄生虫是如何逃避免疫反应的,”该研究的共同高级作者、医学院分子微生物学教授斯蒂芬•贝弗利(Stephen Beverley)表示。“通过产生具有不同特征的后代,我们可以识别出导致严重疾病或免疫抵抗的基因。这可能是朝着更好的治疗或预防迈出的一步。”

这些发现可以在公共科学图书馆遗传学网站上找到。

在热带国家,每年有100多万人因感染沙蝇而感染利什曼原虫。大多数人在被咬伤的部位会出现毁容但不会危及生命的皮肤损伤。但是,如果这种寄生虫传播到内脏器官,它就会导致一种叫做内脏利什曼病的疾病,每年夺去3万多人的生命。

贝弗莉和她的同事们,包括长期合作者和文章的第二作者大卫·萨克斯的胞内寄生虫生物学部分国家过敏症和传染病研究所的美国国立卫生研究院,2009年发现了线索,寄生虫可以交配和生产杂交后代,来自父母双方的基因的混合体。

只有杂种的存在并不能证明一个真正的性周期。例如,密苏里骡子是驴和马的杂交品种,强壮有力,但不能生育。科学家需要能够研究第二代基因,以确定导致疾病或干扰人体免疫反应的基因。为了查明杂交寄生虫是否具有繁殖能力,联合高级作者萨克斯、贝弗利和同事们分析了杂交后代的遗传模式,其中包括美国国立卫生研究院(NIH)前研究员埃胡德•英巴尔(Ehud Inbar)和美国国立卫生研究院(NIH)生物信息学专家贾汉赫尔•沙克(Jahangheer Shaik)。

由于寄生虫只在沙蝇的肠道内交配,研究人员用两种利什曼原虫的混合物喂养沙蝇,从而创造出杂交后代。正常情况下,人类23条染色体中的每条都只携带两份拷贝,但是利什曼原虫染色体的拷贝数量是不同的。通常,他们的染色体大多是成对的,但也有少数染色体可能出现在三个或更多的副本中。在之前的研究中,研究人员发现杂交后代继承了大多数染色体的两份拷贝,一份来自双亲。但是,如果它们的父母携带一个特定染色体的额外拷贝,这种杂交寄生虫可以继承第三个、第四个甚至第五个拷贝。

为了测试杂交寄生虫是否具有繁殖能力,研究人员给沙蝇喂食一种混合了其亲本菌株或外部菌株的杂交寄生虫。他们发现,杂交寄生虫会产生自己的后代,而后代通常会从父母双方各继承一条染色体,这与真正的有性繁殖是一致的。后代的染色体也显示出广泛的基因重组迹象,这意味着父母一方染色体上的DNA片段与另一方染色体上的DNA片段发生了交换,这是另一个真正有性繁殖的标志。

通过研究杂交寄生虫及其重组后代,研究人员将能够绘制出与致病和抵抗免疫反应有关的基因染色体上的位置。这样的基因图谱将有助于理解为什么有些菌株比其他菌株导致更严重的疾病,以及如何增强对寄生虫的免疫反应。

贝弗利说:“好消息是我们用新的基因组合产生了后代,这对我们的目标来说是完美的。”“不太好的消息是,我们只能得到少量的病毒,这些病毒足以确定它们的繁殖能力,但不足以绘制出高分辨率的毒力基因图谱。”

斯蒂芬·贝弗利帮助领导了一项研究,该研究发现利什曼原虫是一种单细胞寄生虫,能够有性繁殖。(图:马特·米勒/华盛顿大学医学院)

研究人员现在正试图找出杂交寄生虫很少能成功交配的原因。

“如果你是一种微生物,你有一个成功的基因组合,让你茁壮成长,你将无性繁殖的大部分时间,因为为什么要破坏一件好事?””贝弗莉说。“但即便如此,你可能还是想时不时地把事情搞混,看看新的基因组合能否更成功。”所以微生物有适当的机制通过有性繁殖来重新洗牌它们的遗传物质,但也有机制来防止太多的重新洗牌,这样它们就能保持获胜的基因组合,并限制近亲繁殖。如果我们能找出是什么限制了我们实验中的杂交寄生虫的交配,我们很可能会发现生殖生物学的一些新东西。更妙的是,我们或许能够将其转化为我们自己的目的,并学会如何创造超级多产的杂交寄生虫。然后我们可以用它们来找出我们需要知道的关于它们如何引起疾病的信息。”


Inbar E, Shaik J, Iantorno SA, Romano A, Nzelu CO, Owens K, Sanders MJ, Dobson D, Cotton JA, Grigg ME, Beverley SM, Sacks D。公共科学图书馆遗传学。2019年5月15日。DOI: 10.1371 / journal.pgen.1008042
这项工作由美国国立卫生研究院(NIH)支持,资助号为R01 AI031078和R01 AI029646;威康信托基金通过其对威康桑格研究所的核心支持,资助编号为206194;以及国家过敏和传染病研究所的校内研究项目。
华盛顿大学医学院(Washington University School of Medicine)的1500名教职员工也是巴尼斯犹太医院(Barnes-Jewish)和圣托马斯医院(St。路易的儿童医院。医学院在医学研究、教学和病人护理方面处于领先地位,在《美国新闻与世界报道》(U.S. News &世界报道。通过与巴尼斯犹太医院(Barnes-Jewish)和圣路易斯儿童医院(St. Louis Children’s hospitals)的合作,医学院与BJC HealthCare建立了联系。

最初由医学院出版

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://source.wustl.edu/2019/06/once-thought-to-be-asexual-single-celled-parasites-caught-in-the-act/

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