疟疾寄生虫按自己体内的时钟计时
当一个人患上疟疾时,他的体内会发生有节奏的舞蹈。这种疾病的典型症状——周期性发热和发冷——是由红细胞内连续繁殖的寄生虫群同步繁殖引起的,然后每隔几天就会同步爆发。
现在,一项研究表明,即使在体外生长,疟疾寄生虫仍然可以保持节拍。
这篇报道发表在5月15日的杂志上科学在美国,研究人员发现了这种寄生虫的节律基因活性水平这并不依赖于来自宿主的时间线索,而是由寄生虫自身协调。
这些发现表明,导致疟疾的寄生虫有自己的计时机制;一个内部节拍器,它自己跳动,引起成千上万的寄生虫基因爬坡:有规律地爬坡或下坡
该研究的主要作者、杜克大学生物学教授史蒂文·哈斯说:“疟疾具有时钟的所有分子特征。”
Haase说,了解疟疾的生物钟是如何工作的,可能有助于开发新的武器来对抗这种每两分钟就有一名儿童死亡的疾病,而且这种疾病对现有药物的抗药性越来越强。
Haase花了数年时间研究酵母细胞周期,以了解一个细胞变成两个细胞时对事件时间的控制。但直到最近,他才开始研究疟疾。这项工作是由一个困扰科学家的问题所推动的:寄生虫是如何保持时间的?
研究人员早就知道,感染者体内的所有疟疾寄生虫——数百万种——同时在细胞周期中移动。他们入侵红细胞,在同步的浪潮中增殖和爆发,释放新的寄生虫入侵其他红细胞,循环重新开始。但是,这些寄生虫是在积极地协调自己的时间表,还是仅仅是对它们的人类宿主的日常昼夜节律做出反应,这还是一个谜。
在这项新研究中,科学家们培育了四种菌株疟疾寄生虫恶性疟原虫在实验室的人类红细胞中,它们与宿主体温、褪黑素水平和其他身体节律的日常波动隔离开来。
研究小组与沃尔特里德陆军研究所、佛罗里达大西洋大学和蒙大拿州立大学的同事们一起,每隔三小时提取一次寄生虫的RNA,持续三天,并观察每个基因何时被激活以及其表达水平。
研究人员注意到,即使没有来自宿主的线索,给定菌株中的所有寄生虫都保持一致。他们检测的大约90%的基因似乎是由时钟控制的,以可预测的方式上升和下降,并且有一个重复的序列,一遍又一遍。
研究报告的合著者、佛罗里达大西洋大学数学助理教授弗朗西斯·莫塔(Francis Motta)说,分析表明,疟疾时钟与控制人类和其他动物睡眠周期、新陈代谢和其他昼夜节律的生物钟一样保持时间。
该团队的发现得到了另一项对感染疟疾的小鼠的研究的支持,该研究也发表在5月15日的《美国医学杂志》上科学由德克萨斯大学西南医学中心(University of Texas Southwestern Medical Center)的HHMI研究员、昼夜节律专家高桥(Joseph Takahashi)领导。
虽然疟疾的基因组很少类似于在其他生物中发现的时钟基因,但Haase说:“重要的是基因在网络中的排列方式。”
其他的生物钟由相互连接的基因组成的网络组成,这些基因一直处于开启状态,直到它们产生的蛋白质开始积累。在化学反馈回路中,高浓度的蛋白质会关闭产生蛋白质的基因。
下一步,研究小组正在研究疟疾时钟和人类免疫系统细胞内滴答作响的时钟之间是否存在任何串扰。
我的想法是寄生虫它们能够预测宿主的防御能力何时可能下降,可以调整它们逃离红色血液的时间细胞这可能使他们比节律障碍更严重的人更有优势。
如果我们能弄清楚疟疾Haase说,如果寄生虫能让自己的生物钟与宿主的生物钟同步,我们也许能干扰这些信号,帮助人类免疫系统更好地对抗这些入侵者。
进一步探索