普林斯顿大学的研究人员发现蠕虫是如何将病原体的知识传给后代的

当人类看到自己的孩子吃不应该吃的东西时，我们可以简单地告诉他们:“别吃那个。”它会让你生病的。”那些听从这个建议的人，就不会有自己学习这个教训的痛苦经历。虽然其他动物不能让它们的后代坐下来好好谈一谈，但这并不意味着它们不能指导后代了解潜在的危害。

例如，微小的蛔虫秀丽隐杆线虫以铜绿假单胞菌为食。然而，某些环境条件可能导致P。铜绿假单胞菌改变成致病性的，也就是说，它会使吃它的蠕虫生病。2019年，墨菲实验室的研究人员发现，当蠕虫母亲因P。绿脓杆菌，它们学会避开这种细菌。不仅如此，它们的后代，一直到它们的曾曾孙，不知何故也知道要避开这种细菌。然而，在四代之后，跨代回避行为消失了，让蠕虫再次以细菌为食。

雷切尔·卡列斯基、丽贝卡·摩尔、科林·墨菲和他们的同事发现，致病性绿脓杆菌产生的一种名为P11的小RNA使线虫避开了这种细菌，并负责将这种回避行为遗传给线虫的后代。

 

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对秀丽隐杆线虫的深入研究，使我们不仅了解了其体内每个细胞的身份(如神经元、肌肉细胞、肠细胞等)，还了解了其在胚胎发育过程中出现的顺序。尽管如此，蛔虫仍然会以复杂的行为让我们惊讶，比如跨越世代的回避。是什么导致了这种行为?Murphy实验室的初步研究表明，其他类型的致病菌不会导致后代产生回避行为，这表明这种行为是特定于致病性P。绿脓杆菌。此外，研究人员发现，避免致病性P。绿脓杆菌是由一种特殊的蠕虫神经元控制的。但是关于这一现象的几个问题仍然存在，所以研究小组继续调查。

“我们想知道蠕虫是如何知道它们所吃细菌的身份的，”分子生物学教授Coleen Murphy说。她是路易斯-西格勒综合基因组学研究所(LSI)的教授，同时也是《自然》杂志上详细介绍该团队发现的一篇论文的资深作者。

为了研究这个问题，墨菲实验室的两名研究人员——副研究员雷切尔·卡雷茨基(Rachel Kaletsky)和研究生丽贝卡·摩尔(Rebecca Moore)——用一种无害细菌喂给蠕虫，这种细菌中加入了从致病性P。绿脓杆菌。这些物质包括细菌代谢过程中所涉及的物质，以及细菌遗传物质。后者由三种分子组成:DNA，它可以被认为是一本食谱，包含了生物体生存所需的所有蛋白质的食谱;信使rna，它是单个食谱的拷贝，被读出来构建蛋白质;和小rna，它们不编码蛋白质，而是在细胞中执行调节功能，通常通过促进信使rna的破坏。

墨菲说:“与我们最初预期的不同，我们发现蠕虫‘读取’了细菌产生的小rna，尤其是与细菌致病状态相关的小rna。”事实上，研究人员发现，遗传回避行为需要一种叫做P11的特殊细菌小RNA。

“Geoff Vrla在Zemer Gitai实验室对细菌的研究对于证明关键的小RNA是P11至关重要，”Murphy说。吉塔伊是普林斯顿大学埃德温·格兰特·康克林生物学教授。

墨菲补充说:“P11小RNA本身甚至不会使蠕虫生病——仅仅检测P11的存在就足以使蠕虫避开细菌，并将其传递给四代后代。”

卡雷茨基、摩尔和他们的同事发现，一旦蠕虫吃了这种细菌，P11就会被蠕虫的肠道吸收和处理，然后进入蠕虫的卵子和精子。(秀丽隐杆线虫的母亲是雌雄同体的，因此它们拥有两种类型的生殖细胞，可以自我受精。)从那里，P11被传递到控制母亲回避行为的神经元，在那里导致蠕虫信使rna的破坏，这种rna编码一种叫做macoilin的蛋白质。信使rna的缺失阻止了这种蛋白质的生成，而这反过来又使蠕虫避开了致病菌。P11在蠕虫生殖细胞中的存在也确保了它可以被后代的蠕虫使用。

墨菲说:“据我们所知，这是第一次发现动物宿主‘阅读’病原体的小RNA，并进化出一种反应，帮助它保持健康，这是一种新生的适应性免疫系统反应。”

“只有几个例子这样的跨物种通过小RNA分子沟通,和更少的例子适应性继代行为变化小RNA,”朱莉Claycomb说,加拿大研究主席在多伦多大学的小RNA生物,他并没有参与这项工作。

“这项研究为理解控制这种现象的分子机制设定了一个高标准，并开辟了一个新的研究领域，”Claycomb补充道。

由Rachel Kaletsky, Rebecca S. Moore, Geoffrey D. Vrla, Lance R. Parsons, Zemer Gitai和Coleen T. Murphy合著的《线虫解释细菌非编码rna以学习致病规避》发表在9月9日的《自然》杂志上。这项工作得到了先驱奖(NIGMS DP1GM119167)、格伦医学研究基金会(GMFR CNV1001899)和HHMI-Simons学者计划(AWD1005048)的支持。R.S.M.和G.D.V.得到了T32GM007388 (NIGMS)的支持，z.g则获得了先锋奖(DP1A1124669)。