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猫迷福音:刚地弓形虫研究有了重大突破

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利维坦按:不用猫活体来做实验研究的确对于动物福利者来说是一件天大的好事儿。长期以来,人们对于弓形虫和宿主猫的诡异关系一直很迷惑:那么多动物,为啥弓形虫就仅仅在猫体内繁殖呢?感谢那些为此作出生命贡献的实验猫咪们,如今我们有了重大发现。



文/ED YONG

译/Charlene

校对/antusen

原文/www.theatlantic.com/science/archive/2019/07/groundbreaking-parasite-study-good-news-cats/593779/

本文基于创作共同协议(BY-NC),由Charlene在利维坦发布

文章仅为作者观点,未必代表利维坦立场



人们所知的那些能控制寄主大脑的寄生虫中,刚地弓形虫(Toxoplasma gondii)名声最大。它是一种单细胞原生动物,俗称弓形虫。弓形虫能存活于很多动物身上,但只有在猫体内它们才能进行有性繁殖。如果进入小鼠或老鼠体内,就会改变老鼠的行为,使之对猫尿的气味毫无抵抗力而致其丧命。接着寄宿有弓形虫的老鼠被猫吃掉,会被感染,弓形虫会在猫体内繁殖出更多的寄生虫。


图源:Cornell University College of Veterinary Medicine


现在世界上有超过三分之一的人感染了弓形虫——未煮熟的肉、食物或被猫咪粪便污染过的水源都会传播这种寄生虫;但与猫咪直接接触并不会使人受感染。大多数情况下,这种寄生虫无害,有些媒体炒作它会左右人类行为的说法并站不住脚。


话虽如此,但它却能从母体传给胎儿,使之失明、脑积水、发育不良或残疾。目前还没有研制出预防弓形虫感染的疫苗或开发出治疗方法,而且相关研究通常进展缓慢、困难重重,即便弓形虫的生命周期取决于猫,对其研究也是毫无帮助。


为了研究弓形虫,研究人员需要大量的活体样本,这意味着要用猫咪来做实验——把猫咪养大,让它们感染寄生虫,然后用作实验牺牲品。近40年来,这项不得已而为之的实验任务一直在美国农业部(USDA)位于马里兰州的一个小小实验室里进行,但迫于来自动物权利活动家的压力,该机构最近决定关闭实验室。这对猫科家族来说是个好消息,但从另一方面讲却是个坏消息:人们对弓形虫本来就知之甚少,现在又少了这么一个研究机会。


现在,麦迪逊威斯康辛大学的劳拉·诺尔(Laura Knoll)给同行们抛去了救命稻草——她的团队终于弄明白为什么弓形虫只在猫身上进行有性繁殖。她们利用所掌握的信息打破了物种间的屏障,让这种寄生虫首次在小鼠身上完成了生命循环。这项研究在网上可以搜到,并将发表在某科学杂志上;此前三名评审员曾评价该研究:“非常了不起”、“具有革命意义”、“是一项关键突破”。 

 

图源:All That's Interesting

“这是一个重大发现,”芝加哥大学医学中心的里马·麦克劳德(Rima McLeod)说,“这是刚地弓形虫的生命周期首次在其体外被重现。这一突破可能会让很多猫科动物免于成为实验品,同时也弥补了马里兰州实验室关闭带来的损失。“现在我们不用拿和人十分亲密的猫们做实验了,包括我们自己在内的很多人都会为此感到高兴,”诺尔说,“没人想拿猫来做活体研究。” 


起初,诺尔的同事布鲁诺·迪·热那亚(Bruno Di Genova)和萨拉·威尔逊(Sarah Wilson)曾尝试在猫的类器官属于三维细胞培养物,包含其代表器官的一些关键特性;与对应的器官拥有类似的空间组织并能够重现对应器官的部分功能,从而提供一个高度生理相关系统,用来替代实验活体上饲养弓形虫。但这个方法行不通:寄生虫虽会慢慢生长,但从未进入有性繁殖阶段。研究小组猜想是否是因为类器官缺乏某种重要的营养物质,比如说,某种脂肪酸——我们都知道弓形虫以宿主体内的某种脂肪酸为食。果然,当研究小组在类器官中加入亚油酸(译者注:一种脂肪酸)时,就像诺尔所说的“它们开始随处交配”。


我们的肠道会将亚油酸转化为其他物质,以调节我们的免疫系统,控制血压等。这种转化依赖于一种叫做delta-6去饱和酶(简称D6D)事实证明,猫是唯一一类肠道中不产生D6D的哺乳动物。虽然它们仍能在身体其他器官中产生这种酶,但在肠道中就会将这种酶分解掉。诺尔猜测之所以这样是因为猫科动物进化于沙漠环境中,需要通过保存体内的脂肪酸来适应环境。事实上,在猫血液所含的脂肪酸中,亚油酸占25%-46%,但老鼠血液中的亚油酸只有3%-10%。


诺尔说,20世纪70年代就有猫粮生产商和其他一些研究人员发现了这些细节,但弓形虫论坛里多数人基本上都不知道。但现如今,这些人都能讲明白弓形虫的生命周期到底如何。弓形虫只在猫身上发生性行为是因为它们依赖于亚油酸,而猫是唯一能大量产生亚油酸的哺乳动物。“每当我演讲时,总会有这样的疑问:为什么是猫?猫有什么特别之处?”诺尔说,“现在我们知道答案了。” 

(www.nature.com/articles/258171a0)


图源:Yahoo


研究小组一发现亚油酸是关键所在,就开始研究如何使小鼠体内的D6D丧失活性从而使亚油酸完整保存。幸运的是,能阻止这种分解酶分泌的药物已经上市。研究小组将这种药物与富含亚油酸的食物连同一些弓形虫一起喂给老鼠。一周后,他们就发现这些寄生虫已有进入有性繁殖阶段的迹象,它们开始形成卵囊(一种类似孢子的结构,能将弓形虫传播感染给新的宿主)。“从我们做的第一个实验中,可以看到卵囊随小鼠粪便排出,”诺尔说,“简直太神奇了。”


约翰霍普金斯大学布隆伯格公共卫生学院的伊莎贝尔·科本斯(Isabelle Coppens)指出,这项研究并不简单。她说,研究人员还没掌握足够的技术来最终识别交配阶段的弓形虫,诺尔文章中的卵囊图像也有些模糊。不过,她说,“我相信在这份研究成果中一定有某些令人激情澎湃的东西,如果能被发现,那将会产生巨大的影响。”


科学记者经常会报道小鼠实验研究得出的非结论性的微小发现——不论这些研究成果讲出去能不能被大众理解——这些报道常会遭人嘲笑。甚至还有个叫@justsaysinmics推特账号,总会附上“在老鼠身上(IN MICE)” 的标题转发那些被过度炒作的新闻故事。单纯为描述在老鼠身上动动手脚而写一篇研究报道,很有意思。 


诺尔正在尝试删除小鼠体内的D6D基因,以培育出一种实验室用啮齿类动物,它们可以在不需要任何药物的情况下扮演弓形虫寄主的角色。她的成功将大大加快弓形虫研究的步伐,因为科学家可以利用更常见、更易操作的普通动物来研究这种寄生虫。“这对这个领域来说非常重要。”斯坦福大学医学院的布斯罗伊德(John Boothroyd)说, “我们对小鼠的了解远超对猫了解的百倍之多,而研究小鼠的试剂也远远多于猫科研究试剂。


将某一特定生物体的不同菌株进行杂交繁殖,这是现代生物学中许多重要技术常依赖的方法,但当这一生物体只能在猫身上进行有性繁殖时,这个方法就很难再运用了。过去30年里,为了杂交弓形虫,“你必须用菌株感染小鼠,等待30天,然后把它们的大脑送到马里兰州的实验室,在那里把它们(这些器官)喂给猫,然后再把猫屎送回去,”诺尔说。无论从猫的角度还是人类自身利益而言,如果上述过程再简化一点,那么就能更快找到弓形虫感染的治疗方法和预防疫苗。






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