致命的鸟类寄生虫以极快的速度进化

2020-11-18 95支原体

致命的鸟类寄生虫以极快的速度进化。上世纪90年代中期,一种毁灭性的鸟类疾病从家禽传播到家雀,对这种疾病的一项新研究显示,导致这种疾病的细菌进化速度特别快。更重要的是,科学家们惊奇地发现,这种快速进化的微生物自从跳到新的宿主身上后,其基因组失去了一个关键的部分。研究人员在2月9日出版的《PLoS Genetics》杂志上报告说,缺失的部分包含了构成微生物免疫系统的基因。

致命的鸟类寄生虫以极快的速度进化

1994年冬天,当成千上万的野生家雀开始因华盛顿特区的一种神秘的眼睛感染而掉落死亡时,科学家们感到困惑不解。

这些鸟儿的眼睛红肿、结痂,使它们无法看清或觅食,直至最终死于饥饿或捕食。研究人员很快就查明了原因--一种名为 "胆囊支原体 "的细菌,这是火鸡和鸡呼吸道感染的常见原因,以前只知道会感染家禽。

1995年,生物学家杰夫-希尔在阿拉巴马州的奥本发现第一只病鸟时,这种疾病已经蔓延到大陆东部,北至魁北克,南至佛罗里达。"这是一场毁灭性的大流行,"希尔说。

致命的鸟类寄生虫以极快的速度进化,自发现以来,这种疫情已经向西蔓延到加利福尼亚,估计已经消灭了数亿只鸟。但科学家们还远远没有弄明白,支原体胆囊炎是如何获得向家雀传播的能力的--家雀是在大约8000-9000万年前从鸡和火鸡中分化出来的--也不知道是什么原因让它变成了如此横扫一切的杀手。

研究内容

在《PLoS Genetics》杂志上的一项新研究中,研究人员比较了1994-2007年间从受感染的家雀身上取样的十几株胆囊炎支原体的基因组,在最初爆发后的几年里。使用一种叫做热测序的技术,"我们可以在很短的时间尺度上测量进化,"哈佛大学的共同作者Scott Edwards说。研究人员不是在发生多年后研究宿主转换,而是能够实时跟踪它。"我们是在行动中抓住了转换,"他补充说。

在家禽和家雀中,微生物一直在以可怕的速度进化,他们报告说。"它的进化速度比以前对任何其他细菌的估计快10到100倍,"哈佛大学研究生和第一作者Nigel Delaney说。

但当研究人员将家禽菌株的DNA序列与从家雀身上取样的DNA序列进行比较时,他们发现了一些令人惊讶的事情--自从进行转换后,寄生虫基因组的某些部分已经开始分解。

德莱尼说,胆囊炎支原体的基因组一开始就很小,只有不到1000个基因。但这种寄生虫并没有获得新的基因来帮助它战胜新的宿主,而是逐渐失去了50多个基因--尤其是那些构成微生物免疫系统的基因。

支原体是寄生虫,但它们也有自己的寄生虫,包括天然存在的病毒,称为细菌噬菌体。"[丢失的基因]的主要功能之一是帮助保护支原体免受细菌噬菌体的攻击,"爱德华兹解释说。

"看到被认为如此重要的基因组的一部分突然变得不重要,这令人惊讶,"德莱尼补充道。

研究结果

这看起来很疯狂,但 "科学家们之前在HIV中也看到了同样的现象,"北卡罗来纳州达勒姆国家进化综合中心的共同作者艾伦-罗德里戈说。当HIV感染新的宿主时,它不会遇到同样的威胁,所以它失去了在前宿主中保护它的特定免疫防御系统,罗德里戈解释说。这些原始的防御系统可能是昂贵的维护,罗德里戈说。研究表明,失去它们的HIV菌株能够更快地繁殖和传播。

"这类似于'使用它或失去它'的原则,"Edwards补充说。

支原体胆囊炎不能传染给人类。它可以感染其他后院的鸟类--包括美国金翅雀、紫雀、晚霞雀和松鸦雀--但都不会像家雀那样造成毁灭性的后果。

研究意义

研究人员仍然不知道是哪种基因变化使病原体在家雀身上达到了流行的程度。但科学家说,如果家雀菌株已经失去了在家禽中保护它们的遗传机制,那么将寄生虫重新引入它们以前的宿主的菌体可能是控制疾病的一种方法。

确定那些是哪些特定的菌体,以及支原体免疫系统的残余是否仍能对它们提供一定的保护,将需要更多的工作。

"但这项研究表明,还有第三个角色对理解这种流行病很重要,那就是噬菌体。到目前为止,还没有人研究过这个问题。这是第一次观察到它们似乎很重要,"德莱尼说。

引用

National Evolutionary Synthesis Center (NESCent). "Deadly bird parasite evolves at exceptionally fast rate." ScienceDaily. ScienceDaily, 9 February 2012. www.sciencedaily.com/releases/2012/02/120209172803.htm.

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