细菌可以提高寄主昆虫的生育能力，对疾病控制具有重要意义

　　发表在《公共科学图书馆·生物学》(plos biology)上的一项新研究揭示了沃尔巴克氏体(wolbachia pipientientis)细菌菌株如何提高被其感染昆虫的繁殖能力，这一发现可能有助于科学家增加不携带人类疾病的蚊子的数量。

　　

蚊子和其他昆虫可以携带登革热和寨卡病毒等人类疾病，但当这些昆虫感染了某些沃尔巴克氏菌菌株时，这种细菌会降低宿主的疾病水平。人类目前利用这一点来控制世界各地的有害病毒种群。

加州大学圣克鲁斯分校领导的一项新研究揭示了毛管沃尔巴克氏体菌株如何提高其感染昆虫的繁殖能力，这一发现可以帮助科学家增加不携带人类疾病的蚊子的数量。

领导这项研究的加州大学圣何塞分校生物分子工程助理教授谢尔比·拉塞尔说:“采用昆虫种群替代方法，他们保留所有的蚊子，只是添加沃尔巴克氏体，这样蚊子携带的病毒就会减少，当蚊子叮咬它们时，病毒就会传播给人类，这种方法非常非常有效。”“如果沃尔巴克氏体可以随着时间的推移进化出一些生育优势，那么我们就可以利用它来选择更高比例的蚊子，从而抑制病毒的传播。”

罗素领导的一篇新论文中详细介绍了这些结果，该论文今天发表在《公共科学图书馆·生物学》杂志上。UCSC分子、细胞和发育生物学教授William Sullivan是这篇论文的资深作者。

人类和沃尔巴克氏体

不同的沃尔巴克氏菌菌株自然地感染世界上许多不同的动物，如蚊子、蝴蝶和果蝇。一旦它们感染了昆虫，细菌就能够操纵宿主的繁殖和发育来增加自己的数量。人类利用这一点来控制携带威胁我们的疾病的昆虫的数量。

沃尔巴克氏体已经发展出一种机制，可以毒害受感染雄性的精子，这样，如果雄性与未受感染的雌性交配，大多数潜在的后代在第一次细胞分裂时死亡，其余的也很快消失。人类利用这一点来消灭昆虫种群。

然而，研究表明，一旦它们杀死了尽可能多的未感染宿主，沃尔巴克氏体就会改变它们的进化策略，增加受感染宿主的数量。了解这种情况是如何发生的，对于避免人类控制昆虫数量的努力产生意想不到的后果非常重要。

“如果我们要将细菌释放到新的生态系统中，我们需要了解所有这些因素及其进化潜力，”拉塞尔说。“它们是实时进化的，所以我们需要了解这些轨迹的走向。”

除了疾病预防之外，通过细菌控制昆虫的数量和范围可能是面对气候变化的作物安全的有效机制。

了解生育率提高

新的研究结果表明，果蝇的原生宿主沃尔巴克氏体(Wolbachia pipientis)已经进化到可以提高果蝇的繁殖力，从而增加果蝇宿主的种群规模。之前的研究发现，管状沃尔巴克氏体是通过操纵果蝇体内一种名为减数分裂- p26的蛋白质来实现这一目标的，这种蛋白质会影响果蝇的生育能力，但具体是如何发生的还不清楚。

为了进行调查，Russell和她的同事们培育了具有影响Mei-P26的各种缺陷的果蝇，这些缺陷导致它们的生育能力下降。这些缺陷偶尔会在野外自然发生，但在这种情况下很难追踪。然后，研究人员检查了当他们用沃尔巴克氏体感染果蝇时会发生什么。

他们发现沃尔巴克氏体感染恢复了果蝇的生育能力，使它们比未感染的果蝇产生更多的后代。研究人员发现沃尔巴克氏菌可以从根本上消除宿主的基因缺陷，否则这些基因缺陷会导致种群灭绝。沃尔巴克氏体通过几种策略来拯救它们的宿主种群，包括恢复果蝇干细胞和确保卵细胞正常发育。

在进一步的实验中，研究人员还发现，除了拯救有缺陷的果蝇外，感染管状沃尔巴克氏体还能增强没有缺陷的果蝇的健康和繁殖力，从而提高这些昆虫的产卵率和孵化率。

实验室里的沃尔巴克氏体

罗素之所以关注沃尔巴克氏体，是因为它和它的果蝇宿主在实验室里相对容易存活和繁殖。通常，当科学家研究细菌时，他们的努力受到阻碍，因为宿主、细菌或两者都难以在实验室环境中存活——甚至对衣原体等对人类重要的普通细菌的研究也因这个问题而放慢了速度。沃尔巴克氏体和它们的果蝇宿主为了解细菌如何改变宿主的DNA和生物过程提供了难得的机会。

“通过研究这个系统，我可以学到很多关于这些奇怪的细菌是如何工作的，以及它们是如何与宿主生物学结合的，”拉塞尔说。“细菌能够进入这些真核生物，并利用它们的祖先甚至不包含基因的一些机制。总的来说，这是一件非常迷人的事情，我们可以利用它来进行生物控制应用，这很酷。”

拉塞尔和她的实验室将继续研究宿主物种基因组和基因表达的具体变化，并研究沃尔巴克氏体可能给其他昆虫种群的宿主带来的生育益处。

罗素主要是在沙利文实验室做博士后期间领导这项研究的，她在那里得到了加州大学圣克鲁斯分校校长博士后奖学金和美国国立卫生研究院的资助。