Science：DNA曝光一場四千萬年的爭奪戰(zhàn)
日期：2014-12-15 09:29:04
科學(xué)家們對21種靈長類動(dòng)物（從松鼠、猴子到人）進(jìn)行了DNA檢測，曝光了感染性細(xì)菌與宿主之間一場漫長的進(jìn)化戰(zhàn)爭，這項(xiàng)研究發(fā)表在本周的Science雜志上。
營養(yǎng)免疫（nutritional immunity）是機(jī)體對抗細(xì)菌入侵的一種防御性策略，現(xiàn)在這一策略越來越受到人們的重視。
“科學(xué)家們知道營養(yǎng)免疫已經(jīng)有40年了，”文章的第一作者，Utah大學(xué)的Matthew Barber博士說。“這項(xiàng)研究告訴我們，在四千萬年來的靈長類進(jìn)化中，細(xì)菌和靈長類動(dòng)物的鐵元素爭奪戰(zhàn)是物種存活的一個(gè)決定性因素。”這項(xiàng)研究還揭示了一個(gè)對抗細(xì)菌感染的遺傳學(xué)資源庫，這類信息將能幫助人們更好的應(yīng)對新興疾病。
當(dāng)人體受到感染時(shí)，打噴嚏、流鼻涕和發(fā)炎都是免疫系統(tǒng)擺脫入侵者的嘗試。實(shí)際上我們體內(nèi)還有另一個(gè)更為低調(diào)的防御機(jī)制，營養(yǎng)免疫。這一機(jī)制主要是通過隱藏血液循環(huán)中的鐵，試圖餓死入侵的感染性細(xì)菌，因?yàn)殍F是這些細(xì)菌生存所需的必要元素。
血液中負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運(yùn)鐵的轉(zhuǎn)鐵蛋白能將鐵元素包裹起來，這個(gè)策略看起來很高明，但入侵者并不會就此作罷。一些致病菌（包括引起腦膜炎、淋病和敗血癥的細(xì)菌）演化出了轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合蛋白（TbpA），TbpA能抓住轉(zhuǎn)鐵蛋白并偷走它的鐵。在此之前，人們并沒有完全意識到這場鐵元素爭奪戰(zhàn)的重要性。
“宿主與致病菌之間的互作是暫時(shí)性的，”文章的資深作者，Utah大學(xué)的助理教授Nels Elde說。“只有廣泛分析靈長類動(dòng)物的遺傳多樣性才能了解到這場戰(zhàn)爭的重要意義。”
從戰(zhàn)場遺留的痕跡，我們可以大致推斷這場戰(zhàn)爭的過程，Barber和Elde正是這樣再現(xiàn)了鐵元素爭奪戰(zhàn)。為了分析轉(zhuǎn)鐵蛋白和TbpA在進(jìn)化過程中發(fā)生的改變，他們對21種靈長類動(dòng)物的轉(zhuǎn)鐵蛋白和十多個(gè)菌株的TbpA進(jìn)行了DNA檢測。研究顯示，轉(zhuǎn)鐵蛋白和TbpA累積的大多數(shù)改變集中在這兩個(gè)蛋白的接觸區(qū)，這里就是這場進(jìn)化戰(zhàn)爭的發(fā)生地。研究人員在此基礎(chǔ)上進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)TbpA發(fā)生改變以抓牢轉(zhuǎn)鐵蛋白，而轉(zhuǎn)鐵蛋白通過改變來逃避TbpA。
世界上大約四分之一的人攜帶轉(zhuǎn)鐵蛋白的基因變異，這樣的轉(zhuǎn)鐵蛋白不容易被一些感染性細(xì)菌識別，這可以說是鐵元素爭奪戰(zhàn)的最新進(jìn)展。理解營養(yǎng)免疫等天然防御機(jī)制采用的策略，可以幫助人們找到對抗耐藥菌和新興疾病的辦法。
