科学家解释感染如何产生遗传多样性

正如 COVID 所表明的那样，当病原体在人群中移动时，我们会进行调整，限制相互作用，甚至隔离，并普遍改变我们彼此交往的方式。人类并不孤单。哈佛大学科学家的新研究为病原体如何改变动物的社会行为提供了一些见解。

“极端环境条件对所有动物都有非常强烈的影响，”有机与进化生物学系教授张云说。但是，虽然这种行为已经在动物身上看到，从简单的果蝇一直到灵长类动物，研究人员还不了解个体动物大脑内部发生了什么，导致感染引起的社会行为变化。

在他们发表在《自然》杂志上的新论文中，张和他的同事研究了小型蛔虫秀丽隐杆线虫，它在自然界中有两种性别：产生卵子和精子的雌雄同体，以及雄性。在正常情况下，雌雄同体是孤独的，更喜欢自我繁殖而不是与雄配。然而，张的研究小组发现，被铜绿假单胞菌致病菌株感染的雌雄同体蠕虫对彼此更感兴趣，并增加了与雄性的交配。

“一般来说，与自我繁殖相比，与雄配更有可能通过重组产生新的基因组，”张补充说。“因此，病原体诱导的交配增加增强了为宿主动物的适应而产生遗传多样性的能力。

是什么推动了交配行为的这种变化?信息素的混合物 - 由其他蠕虫反应的单个蠕虫发出的小挥发性化学物质 - 起着重要作用。

“这些信息素通常是分散的线索，使雌雄同体相互排斥，”张实验室的博士后学者，该论文的共同第一作者Tailhong Wu说。但是受感染的雌雄同体对信息素的排斥程度降低。有时他们甚至被他们吸引。

具体来说，研究人员发现蠕虫中的一对化学感应神经元在感染后开始对信息素做出反应，并且这些神经元是蠕虫改变其行为所必需的。

接下来，研究人员从这对神经元中分离出信使RNA，检查它们在感染后有何不同。他们发现信息素受体STR-44在受感染的蠕虫中显着上调。STR-44受体是一种G蛋白偶联受体(GPCR)，其表达使这对神经元对信息素混合物产生反应。研究小组测试了以前在蠕虫中发现的许多其他信息素受体，但似乎没有一种影响病原体诱导的社会行为改变，这表明STR-44在这一过程中的特定作用。

“通常，STR-44信息素受体在蠕虫中的表达非常低，”张实验室的另一位博士后学者，该论文的共同第一作者葛明海说。“但是暴露于细菌病原体强烈诱导这种受体的表达。大量STR-44信息素受体的存在抑制了雌雄同体蠕虫的排斥，并增加了它们与雄性的交配率。

除了蠕虫之外，张指出，许多不同的化学物质GPCR编码在几种动物的基因组中。它们用于评估环境线索，例如气味、味道和信息素。她说，调节信息素受体可能是动物在病原体应激存在的情况下改变其社会行为的常见策略。

“动物有许多可以感知化学物质的GPCR。其中一些可能通常不使用，“张说。“这就像它们通常保存在银行中，只能在压力条件下使用，例如感染。

研究小组认为，这项研究为研究更复杂动物中病原体和寄生虫的行为改变提供了一条途径。“这种简单的模型动物为我们提供了实验能力，以确定社会行为可塑性的神经元和分子基础，”张说。

以前不是来自张实验室的研究已经确定了病原体对其他无脊椎动物和脊椎动物交配行为的影响。“也许其他研究人员可以研究对这些动物交配行为很重要的信息素反应，”她建议，可能解释感染如何影响神经系统导致行为变化，包括社会互动中的行为变化。

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