很多时分,细菌对昆虫的感染出现出“重男轻女”的景象,即遭到感染的雌性,她们的儿子们通常会死亡,但女儿们往往平安无事。这是怎样回事?
道理并不复杂,由于细菌可以附着于雌性卵子上传达,却无法被精子携带,这就意味着这些雄性后代不只不能协助传达细菌,还会与雌性宿主争食,进一步挤占细菌的生活空间。那么为了永绝后患,最复杂直接的方法就是把这些雄性后代都杀光。
(图片来自: Wikipedia )
但是,想法是很好,但详细施行起来却是个成绩,怎样才干确保杀死的都是雄性宿主,而不误伤到雌性?有两位瑞士研讨人员凭仗着严谨的态度和一点运气,发现了一种细菌在“性别歧视杀人”方面的神操作。
历史上很多伟大的发现总少不了巧合,Harumoto 和 Lemaitre 的发现经过也有些运气的成分。他们研讨的是一种叫作 Spiroplasma poulsonii 的细菌,它们寄生于苍蝇当中,并经过虫卵传达并杀死雄蝇。
他们在研讨进程中发现,有一些被感染的雄蝇居然存活了上去。换作是他人,能够就会以为是实验操作呈现失误,把这些样本一丢了之互联网思维,就是在(移动)互联网+、大数据、云计算等科技不断发展的背景下,对市场、用户、产品、企业价值链乃至对整个商业生态进行重新审视的思考方式。。但有数现实通知我们,成功者之所以能成功,往往就在于他们比他人多走了一步。
Harumoto 和 Lemaitre 对这些存活上去的雄蝇与原始菌株停止了基因测序,发现了其中的微妙。经过比照,他们找到了一个可疑的基因,在变异的菌株中,该基因有一大块缺失。
为了确认这个基因就是招致雄蝇死亡的罪魁祸首,研讨人员把它复制了一份,拔出了苍蝇的基因中,不出所料,苍蝇果真没活上去,而且死亡进程与其他被感染的苍蝇相似,都是少量的细胞死亡随同着神经零碎解体。
(图片来自: 《自然》杂志 )
研讨人员将这个基因命名为“S. poulsonii androcidin”。这当然不是随意起的名字,poulsonii 是本来的细菌名的一局部,androcidin 中的“andro”是雄性的意思,“cindin”则来自“杀人犯”(homicide)一词,我们权且称之为“雄性杀手”好了。
这个基因的特别之处在于,它有一半是担任编码蛋白质,令其与其他蛋白质互相作用,这是我们熟习的基因的作用,把该片段删除后拔出雄蝇体内,就没有呈现死亡的状况,表示它是起关键作用的片段。
另一半就比拟稀有了,它的作用更像是催化剂。学过生物和化学的人都晓得,催化剂并不会改动反响的后果,只是会放慢(或减慢)反响速度。而实验后果也证明,将这局部基因删除后,雄蝇照常死亡,但存活的时长大为添加。
再回到我们前文提到的那些对 Spiroplasma poulsonii 细菌有了耐受性的雄蝇,他们身上的变异菌株正是由于这个特殊基因的缺失而丧失了致命性。
但由于起到催化作用的局部基因,与人们此前研讨过的基因编码蛋白质范畴可以说是大为不同,因而目前仍很难断定其他雄蝇的死亡究竟是由于其他蛋白质保存了一些活性,亦或是细菌自身有多种“杀蝇”手腕。
安能辨我是雄雌?
还有一个成绩是,这些细菌又是如何辨别宿主雌雄的呢?
首先,苍蝇和人类一样,也是由 XY/XX 染色体决议性别的。
我们人类男女之间 X 染色体数量的差别,是经过使女性其中一条 X 染色体失活来补偿的,而苍蝇则是经过进步雄性独一的 X 染色体上的基因活性来补偿这种由于 X 染色体数量不同发生的差别,这在生物学上叫做“数量补偿作用”。
这种补偿作用有赖于雄性 X 染色体上的一组蛋白质构成的复合物。借助荧光标志法,Harumoto 和 Lemaitre 发现,前文提到的“可疑”病菌基因能招致某种蛋白质附着在雄性 X 染色体上。
于是,他们改造了雌蝇的基因构造,令其也能也分解异样的复合物,并用 Spaid 细菌停止测试,后果显示这种蛋白质复合物也会像在雄性身上一样,附着到雌性的 X 染色体上,并最终招致雌蝇死亡。这也答应以证明,这些细菌蛋白质能够与雄蝇体内的某个关键细胞功用有关。
目前可以确定的是,spaid 蛋白质有两个已知局部是需求被定位于 X 染色体上的,一个被导入细胞核,另一个则被导入 X 染色体。
至于蛋白质是如何从细菌中被分解并导入宿主细胞的,还需求进一步研讨,但总的来说,它提醒了寄生虫如何应用无机体自身的根本活动停止复制,最终到达传达的目的。
细菌感染的“性别歧视”在实践消费中可是大有作为。
比方 MosquitoMate 公司就把感染了 Wolbachia pipientis 细菌的雄性蚊子(不叮咬人类)与雌性亚洲虎蚊(叮咬人类)的野生种群交配,应用父本染色体在细菌作用下不能正常构成,公蚊受精卵不会孵化的原理,到达了灭蚊目的。
说不定 Harumoto 和 Lemaitre 的研讨效果,将来也可以用于给苍蝇做“绝育手术”。
题图来自: ARS TECHNICA
参考资料:https://arstechnica.com/science/2018/05/researchers-find-a-gene-that-lets-bacteria-kill-all-male-flies/
论文原文:https://www.nature.com/articles/s41586-018-0086-2