正如COVID-19所展示的那样，当病原体在人群中传播时，我们会进行调整，限制互动，甚至隔离，并普遍改变我们彼此间的联系方式。不只是人类如此。在一项新的研究中，来自美国哈佛大学的研究人员为病原体如何改变动物的社会行为提供了一些见解。相关研究结果近期发表在Nature期刊上，论文标题为“Pathogenic bacteria modulate pheromone response to promote mating”。
【资料图】
论文通讯作者、哈佛大学有机与进化生物学系教授Yun Zhang说，“极端环境条件对所有动物都有非常大的影响。”但是，虽然这种行为已在从简单的果蝇一直到灵长类动物身上看到了，但是科学家们并不了解在单个动物的大脑内发生了什么，从而导致了感染引起的社会行为变化。
在这项新的研究中，Zhang和同事们研究了秀丽隐杆线虫，它在自然界中存在两种性别：同时产生卵子和精子的雌雄同体（hermaphrodites）；雄性。在正常情况下，雌雄同体线虫是独行侠，宁愿自我繁殖也不愿与雄性线虫交配。然而，Zhang的研究团队发现，被铜绿假单胞菌的致病菌株感染的雌雄同体线虫对彼此更感兴趣，并增加了与雄性线虫的交配。
Zhang补充说，“一般来说，与自我繁殖相比，与雄性线虫交配更有可能通过重组产生新的基因组。因此，病原体引起的交配增加加强了为适应宿主动物而产生遗传多样性的能力。”
是什么驱动了这种交配行为的变化？信息素（pheromone）---由个别蠕虫发出的、其他蠕虫会做出反应的小型挥发性化学物---的混合物发挥了重要作用。
论文共同第一作者、Zhang实验室博士后学者Tailhong Wu说，“这些信息素通常是分散的线索，使雌雄同体线虫互相排斥。”但是被感染的雌雄同体线虫对这些信息素的排斥程度降低了，有时甚至会被它们吸引。
具体来说，这些作者发现线虫中的一对化学感应神经元在感染后开始对这些信息素作出反应，并且这些神经元是这些被感染的线虫改变其行为所需要的。接下来，他们从这对神经元中分离出信使RNA（mRNA），研究它们在感染后有什么不同。他们发现信息素受体STR-44在受感染的线虫中明显上调。STR-44受体是一种G-蛋白偶联受体（GPCR），它的表达使这对神经元对这种信息素混合物作出反应。他们测试了以前在线虫中发现的许多其他信息素受体，但似乎都没有影响病原体诱导的社会行为变化，这表明STR-44在这一过程中起着特异性的作用。
病原体暴露抑制了对线虫蛔甙信息素的回避。图片来自Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-022-05561-9。
论文共同第一作者、Zhang实验室博士后学者Minghai Ge说，“通常情况下，STR-44信息素受体在线虫中的表达量非常低。但是暴露在细菌病原体中会强烈诱导这种受体的表达。”大量STR-44信息素受体的存在抑制了雌雄同体线虫的排斥，增加了它们与雄性线虫的交配率。
除了线虫之外，Zhang指出，在一些动物的基因组中编码了许多不同识别化学物的GPCR。它们被用来评估环境线索，如气味、味道和信息素。她说，对信息素受体的调节可能是动物在病原体感染时改变其社会行为的一种常见策略。
Zhang说，“动物有许多可以感知化学物的GPCR。有可能它们中的一些在正常情形下不会被使用。这就像它们通常被保存在银行里，只有在有遭受应激（比如感染）的情况下才会使用。”
Zhang团队认为，这项新的研究为研究更复杂的动物应对病原体和寄生虫的行为变化提供了一条路径。Zhang说，“这种简单的模型动物给了我们实验权力，以确定社会行为可塑性的神经元和分子基础。”
Zhang实验室之前的研究已确定了病原体对其他无脊椎动物和脊椎动物的交配行为的影响。她建议说，“也许其他研究人员可以研究对这些动物的交配行为很重要的信息素反应”，这有可能解释感染如何影响神经系统以导致行为变化，包括社会互动中的行为变化。（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
Taihong Wu et al. Pathogenic bacteria modulate pheromone response to promote mating. Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-022-05561-9.
