進(jìn)化“軍備競(jìng)賽”——海豚和鯨魚如何對(duì)抗疾病威脅

海豚、鯨魚和其他鯨魚容易受到與人類相同的健康危害，包括汞、短毒素(如赤潮)和小葉霉菌。它們也是突出環(huán)境和公共衛(wèi)生相關(guān)問題的重要前哨物種。然而，了解這些水生哺乳動(dòng)物如何對(duì)抗病原病原體、適應(yīng)不斷變化的病原威脅并觸發(fā)其免疫反應(yīng)始終是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

佛羅里達(dá)大西洋大學(xué)的研究人員最近發(fā)表的兩篇論文揭示了鯨目動(dòng)物如何在不斷演變的病原體群落“軍備競(jìng)賽”中競(jìng)爭(zhēng)生存。由于疾病和傳染病風(fēng)險(xiǎn)的變化，鯨魚和海豚必須適應(yīng)這些變化。今天的問題是，他們能很快適應(yīng)嗎？

在PLOS一號(hào)發(fā)表的一項(xiàng)開創(chuàng)性研究中，來自FAU港分支機(jī)構(gòu)海洋研究所的研究人員發(fā)現(xiàn)，鯨目動(dòng)物使用了幾種策略來在這場(chǎng)進(jìn)化軍備競(jìng)賽中取得成功。脊椎動(dòng)物的免疫反應(yīng)由一系列快速進(jìn)化的基因介導(dǎo)，這些基因被稱為主要組織相容性復(fù)合體或MHC。作為病原體預(yù)警系統(tǒng)，MHC不僅能發(fā)出警報(bào)，還能啟動(dòng)武裝反應(yīng)。為此，MHC蛋白需要能夠在分子水平上區(qū)分“朋友”和“敵人”。與鎖定和鎖定機(jī)制類似，個(gè)體的MHC“鎖定”必須能夠與病原體的肽“鑰匙”結(jié)合，以啟動(dòng)防御序列。

FAU團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，這些鯨類不僅保留了鎖型的遺傳多樣性，即有助于觸發(fā)免疫反應(yīng)的結(jié)合口袋的構(gòu)象，而且在如何調(diào)控許多產(chǎn)品的生產(chǎn)上也選擇了多樣性。需要鎖。MHC受到監(jiān)管，以防止過度活動(dòng)，在過度活動(dòng)中，免疫系統(tǒng)可能會(huì)攻擊自己的細(xì)胞，而活動(dòng)太少，免疫系統(tǒng)不會(huì)對(duì)真正的威脅做出快速或強(qiáng)烈的反應(yīng)。

“這是首次嘗試將MHC構(gòu)象和遺傳變異的調(diào)節(jié)作為鯨類動(dòng)物疾病易感性的早期指標(biāo)，”該研究的第一作者、FAU港分院的研究員海蒂JT帕甘博士說。

異教徒和合作者希望為鯨目動(dòng)物開發(fā)一個(gè)更全面的MHC標(biāo)記系統(tǒng)，并結(jié)合傳統(tǒng)和下一代測(cè)序方法進(jìn)行基因分型。他們使用這個(gè)標(biāo)記系統(tǒng)來研究比較河口和海洋生境中MHC海豚多樣性的進(jìn)化和種群力量。

通過將這些遺傳數(shù)據(jù)與Torrey Pines分子研究所的Colette T. Dooley博士開發(fā)的免疫蛋白質(zhì)組學(xué)方法相結(jié)合，研究人員現(xiàn)在對(duì)鯨魚和海豚如何繼續(xù)適應(yīng)當(dāng)前的情況有了更全面的了解。致病環(huán)境。

杜利應(yīng)用了免疫遺傳學(xué)和免疫蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，并對(duì)組合文庫進(jìn)行建模，以確定在佛羅里達(dá)州河口和沿海寬吻海豚中發(fā)現(xiàn)的哪種類型的肽(“關(guān)鍵”)MHC可以識(shí)別。從那里，她使用生物信息學(xué)來確定哪些微生物可能產(chǎn)生這些特征分子。

“我們第一次對(duì)所涉及的病原體有了清晰的認(rèn)識(shí)，現(xiàn)在我們已經(jīng)制定了研究團(tuán)隊(duì)研究包括人類在內(nèi)的其他物種的路線圖，以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，”杜利說，他在FAU發(fā)表了這些研究成果。八月加入PLOS一隊(duì)?！斑@些見解將使我們能夠改善這些面臨特定疾病威脅的鯨目動(dòng)物的種群健康預(yù)測(cè)。”

寬吻海豚棲息在佛羅里達(dá)大西洋沿岸的沿海水域和許多河口、海灣和瀉湖，包括256公里長的河瀉湖河口系統(tǒng)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，沿海種群在人口和基因上與許多種植種群和瀉湖種群不同，盡管也記錄了一些基因流動(dòng)和移動(dòng)。

化學(xué)污染、高營養(yǎng)輸入、鹽度降低、海藻生境喪失和富營養(yǎng)化都導(dǎo)致了IRL河口系統(tǒng)的生境質(zhì)量差。對(duì)于幾種鯨目動(dòng)物，已經(jīng)記錄了種群之間的差異，甚至個(gè)體對(duì)疾病的易感性，這通常與免疫抑制污染物的濃度有關(guān)。

研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人表示：“通過這些突破，我們終于有了工具，可以幫助野生動(dòng)物管理者和衛(wèi)生專業(yè)人員從單個(gè)動(dòng)物如何設(shè)計(jì)來識(shí)別環(huán)境中的微生物分子并啟動(dòng)免疫反應(yīng)的角度來評(píng)估疾病風(fēng)險(xiǎn)。格雷格奧科里-克洛博士是FAU港分校的研究教授。“我們現(xiàn)在需要將這些工具直接帶到現(xiàn)場(chǎng)，并應(yīng)用于其他物種?！?

2013年，不同數(shù)量的大西洋寬吻海豚在前往佛羅里達(dá)東海岸的佛羅里達(dá)群島的途中死亡。然而，墨西哥灣的海豚沒有受到影響。這表明研究人員認(rèn)為，許多因素可能會(huì)影響疾病傳播的空間變異，并不同程度地影響鄰近人群。

“雖然我們已經(jīng)了解了很多關(guān)于‘鎖’脊椎動(dòng)物種群的變異，但到目前為止，我們對(duì)疾病的‘鑰匙’知之甚少，”O(jiān)'Corry-Crowe說。

“這個(gè)問題已經(jīng)成為將MHC多樣性研究應(yīng)用于實(shí)際評(píng)估野生種群應(yīng)對(duì)疾病威脅能力的巨大障礙?！?

標(biāo)簽：