Nature：暴露于致病菌的线虫显示出社会行为的变化

论文ID

题目：Pathogenic bacteria modulate pheromone response to promote mating

期刊：Nature

IF：69.504

发表时间：2023年1月4日

通讯作者单位：哈佛大学

DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-022-05561-9

主要内容：

致病的微生物可以改变其宿主的社会行为。暴露在传染性细菌菌株下的秀丽隐杆线虫会被一种混合的信息素线索所吸引，而不是回避它。这促进了雌雄同体的交配，增加了在面对微生物挑战时产生遗传多样性的能力。

在进化的过程中，动物在面对致病的微生物（被称为病原体）时，已经发展出各种适应性反应。例如，许多暴露于病原体的动物改变其社会行为以提高种群的生存能力。随着时间的推移，病原体与宿主的相互作用以各种方式推动了宿主物种的进化，包括通过外交塑造种群的遗传多样性。然而，病原体诱导的社会行为（如交配）改变的基础机制尚不清楚。

作者研究了将线虫暴露在一种叫做PA14的铜绿假单胞菌的致病菌株中，如何影响宿主的社会行为。这些蠕虫可以是雌雄同体（同时产生卵子和精子细胞）或雄性；雌雄同体可以单独繁殖（通过一个称为自交的过程）或通过与雄性交配。两性都会产生称为ascarosides的脂质信息素，作为化学信号，使蠕虫能够相互作用。以前的工作表明，暴露于PA14会改变优雅动物的神经元细胞的活动，这些神经元的变化会调节行为策略，以减少进一步的暴露。

在正常情况下，雌雄同体的线虫会避开它们产生的蛔虫苷信息素的混合物，将其作为一种提示来驱散彼此。然而，令人惊讶的是，作者发现PA14感染的蠕虫比未感染的蠕虫更不可能避免蛔虫苷混合物，有时甚至被它吸引。避开的减少取决于一对被称为AWA的化学感应神经元，它们被气味分子激活并介导行为上的吸引。AWA神经元通常不被ascarosides激活；然而，接触PA14使AWA对信息素有强烈的反应。在排除了先前确定的信息素受体蛋白的参与后，作者比较了PA14感染和未感染的蠕虫的AWA神经元中的基因表达。一种叫做STR-44的化学感受器蛋白在被感染的动物的AWA中高度表达，而不是未感染的动物。作者表明，STR-44具有信息素受体的功能，它在AWA神经元中的活性是病原体诱导的AWA变化和对信息素的行为反应所必需的。值得注意的是，PA14的暴露增加了雌雄同体的交配率，而这需要STR-44在AWA中的活性。考虑到信息素回避有利于雌雄同体蠕虫的散布，作者提出，抑制回避会增加雌雄同体的密度，促进它们与雄性蠕虫的相遇（图1）。这些结果表明，蠕虫与病原体的相互作用调节了雌雄同体蠕虫对信息素的反应。通过提高通常不使用的蠕虫信息素受体的表达，病原体暴露促进交配。

进化理论预测，由共同进化的病原体引起的压力有利于通过外交而不是自交进行繁殖，因为外交促进了后代的遗传多样性，从而有利于对病原体的适应。这一预测得到了研究的支持，研究表明，在病原体胁迫下，线虫和其他动物与雄性的交配或基因重组率的增加有助于适应并有利于宿主。然而，直到现在人们还不了解交配行为是如何被病原体-宿主相互作用在动物个体水平上调节的。作者的研究结果表明，信息素反应受病原体暴露的调节，提供了一种机制，通过这种机制，交配行为可以在病原体压力下被调控起来。

除了影响交配外，病原体暴露还强烈影响宿主动物的其他社会行为，包括攻击和交流。未来的研究可以考察其他社会行为是否通过类似的途径被病原体应激所调节，即通过对信息素的反应和受体表达的变化。在作者的研究中，通过诱导化学感受器STR-44的表达，实现了对暴露于病原体的雌雄同体蠕虫的信息素反应的调控，它作为信息素受体的 "储备"。在许多动物中，化学感受器蛋白是由一个庞大的基因家族编码的。作者推测，其中一些受体的表达可能会在不同的环境下迅速增加或抑制，以产生适应性反应，包括社会行为的变化。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-022-05561-9

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！