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Science:DNA曝光一场四千万年的争夺战

来源:生物通 作者: 2014-12-16
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摘要: 科学家们对21种灵长类动物(从松鼠、猴子到人)进行了DNA检测,曝光了感染性细菌与宿主之间一场漫长的进化战争,这项研究发表在本周的Science杂志上。为了分析转铁蛋白和TbpA在进化过程中发生的改变,他们对21种灵长类动物的转铁蛋白和十多个菌株的TbpA进行了DNA检测。...


科学家们对21种灵长类动物(从松鼠、猴子到人)进行了DNA检测,曝光了感染性细菌与宿主之间一场漫长的进化战争,这项研究发表在本周的Science杂志上。

营养免疫(nutritional immunity)是机体对抗细菌入侵的一种防御性策略,现在这一策略越来越受到人们的重视。

“科学家们知道营养免疫已经有40年了,”文章的第一作者,Utah大学的Matthew Barber博士说。“这项研究告诉我们,在四千万年来的灵长类进化中,细菌和灵长类动物的铁元素争夺战是物种存活的一个决定性因素。”这项研究还揭示了一个对抗细菌感染的遗传学资源库,这类信息将能帮助人们更好的应对新兴疾病。

当人体受到感染时,打喷嚏、流鼻涕和发炎都是免疫系统摆脱入侵者的尝试。实际上我们体内还有另一个更为低调的防御机制,营养免疫。这一机制主要是通过隐藏血液循环中的铁,试图饿死入侵的感染性细菌,因为铁是这些细菌生存所需的必要元素。

血液中负责转运铁的转铁蛋白能将铁元素包裹起来,这个策略看起来很高明,但入侵者并不会就此作罢。一些致病菌(包括引起脑膜炎、淋病和败血症的细菌)演化出了转铁蛋白结合蛋白(TbpA),TbpA能抓住转铁蛋白并偷走它的铁。在此之前,人们并没有完全意识到这场铁元素争夺战的重要性。(延伸阅读:两篇PNAS:性染色体进化颠覆性发现)

“宿主与致病菌之间的互作是暂时性的,”文章的资深作者,Utah大学的助理教授Nels Elde说。“只有广泛分析灵长类动物的遗传多样性才能了解到这场战争的重要意义。”

从战场遗留的痕迹,我们可以大致推断这场战争的过程,Barber和Elde正是这样再现了铁元素争夺战。为了分析转铁蛋白和TbpA在进化过程中发生的改变,他们对21种灵长类动物的转铁蛋白和十多个菌株的TbpA进行了DNA检测。研究显示,转铁蛋白和TbpA累积的大多数改变集中在这两个蛋白的接触区,这里就是这场进化战争的发生地。研究人员在此基础上进行研究,发现TbpA发生改变以抓牢转铁蛋白,而转铁蛋白通过改变来逃避TbpA。

世界上大约四分之一的人携带转铁蛋白的基因变异,这样的转铁蛋白不容易被一些感染性细菌识别,这可以说是铁元素争夺战的最新进展。理解营养免疫等天然防御机制采用的策略,可以帮助人们找到对抗耐药菌和新兴疾病的办法。


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