研究人员发现蠕虫如何将病原体知识传递给后代

当人们看到他们的孩子要吃他们不该吃的东西时，我们可以简单地告诉他们：“不要吃那东西，这会让您生病。” 那些听了这条建议的人都免除了为自己学习这一课的痛苦经历。尽管其他动物无法与他们的后代坐下来好好交谈，但这并不意味着它们无法向其后代说明潜在的危害。

例如，细线虫类秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)以铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)等细菌为食。但是，某些环境条件可能导致铜绿假单胞菌以致病性的方式发生变化，也就是说，它会使吞食它的蠕虫致病。普林斯顿大学的研究人员科琳·墨菲(Coleen Murphy)的实验室在2019年表明，当铜绿假单胞菌使蠕虫母亲生病时，他们学会避免这种细菌。不仅如此，还有他们的后代，一直到他们的曾孙，都知道如何避免这种细菌。然而，经过四代后，跨代回避行为消失了，让蠕虫再次以细菌为食。

秀丽隐杆线虫已经进行了深入的研究，以至于我们不仅知道其体内每个细胞的身份(例如神经元，肌肉细胞，肠细胞等)，而且还知道其在胚胎发育过程中出现的顺序。尽管如此，该蠕虫仍然设法通过诸如跨代回避的复杂行为使我们感到惊讶。是什么导致此行为?墨菲小组的初步工作表明，其他类型的病原细菌并未在后代中引起回避行为，这表明该行为特定于病原性铜绿假单胞菌。此外，研究人员表明，避免致病性铜绿假单胞菌是由一种特定的蠕虫神经元控制的。但是关于该现象的几个问题仍然存在，因此墨菲的小组继续进行调查。

墨菲说：“我们想知道蠕虫如何知道它们正在吃的细菌的身份。”

为了研究这个问题，共同第一作者雷切尔·卡列茨基(Rachel Kaletsky)和丽贝卡·摩尔(Rebecca Moore)用无害细菌喂食了蠕虫，这些细菌掺入了从致病性铜绿假单胞菌中分离出的不同物质。这些材料包括涉及细菌代谢过程的物质，以及细菌遗传物质。后者由三类分子组成：DNA，可以被视为一本食谱，其中包含了生物体赖以生存的所有蛋白质的配方;信使RNA，是单个配方的副本，可以读出来构建蛋白质;以及不编码蛋白质的小RNA，而是通常通过促进破坏信使RNA来在细胞中执行调节功能。

墨菲说：“我们没有像原来预期的那样，从细菌产生的代谢产物发出信号，而是发现蠕虫'读取'细菌产生的小RNA，特别是与细菌的致病状态相关的小RNA。” 。实际上，研究人员发现，遗传回避行为需要一种特定的细菌小RNA，称为P11。

“在Zemer Gitai实验室中，Geoff Vrla所做的细菌工作对于证明关键的小RNA是P11至关重要，” Murphy说。

她补充说：“ P11小RNA本身甚至不会使蠕虫生病-仅检测P11的存在就足以使蠕虫避免细菌，并将其传给四代后代。”

Kaletsky，Moore及其同事发现，一旦蠕虫吃掉了细菌，P11就会被蠕虫的肠道吸收并加工，然后进入蠕虫的卵和精子(秀丽隐杆线虫的母亲是雌雄同体，因此它们都具有两种生殖能力)。细胞并可以自我受精)。从那里，P11被传送到控制母亲中回避行为的神经元，在那里它会破坏蠕虫使者RNA，该蠕虫使者RNA编码一种叫做macoilin的蛋白质。信使RNA的丢失会阻止这种蛋白质的产生，进而导致蠕虫避开病原细菌。P11在蠕虫生殖细胞中的存在也确保了它可用于后代蠕虫。

墨菲说：“据我们所知，这是第一个发现动物宿主'读取'病原体小RNA并进化出有助于其保持健康的应答的例子，这是一种新生的适应性免疫系统应答。”

多伦多大学小分子RNA专家朱莉·克莱姆博姆博士说：“通过小RNA进行这种物种间分子通讯的例子很少，而对小RNA的适应性跨代行为变化的例子则更少。”没有参与这项工作的人。

Claycomb补充说：“这项研究为理解控制这种现象的分子机制设定了高标准，并为今后的研究开辟了一个新领域。”

描述这些发现的论文发表于2020年9月9日的《自然》杂志上。

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