遺傳多樣性有助于限制傳染病

埃克塞特大學(xué)學(xué)者的新研究表明，遺傳多樣性有助于通過(guò)限制寄生蟲(chóng)的進(jìn)化來(lái)減少疾病的傳播。宿主多樣性可以限制疾病爆發(fā)的想法并不新鮮。例如，農(nóng)業(yè)中的作物單一栽培 - 缺乏遺傳多樣性 - 可能會(huì)遭受?chē)?yán)重的疾病爆發(fā)，席卷整個(gè)人口。但為什么會(huì)這樣呢?

由埃克塞特大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的這項(xiàng)研究提供了答案。為了研究宿主多樣性對(duì)疾病傳播的影響，研究人員使用了一種可以感染和殺死細(xì)菌的病毒。細(xì)菌使用稱(chēng)為CRISPR-Cas的復(fù)雜免疫系統(tǒng)進(jìn)行自我保護(hù)，該系統(tǒng)可捕獲病毒中的隨機(jī)DNA片段。這種“遺傳記憶”保護(hù)細(xì)菌免受未來(lái)感染。

CRISPR-Cas產(chǎn)生大量多樣性，因?yàn)槊糠N細(xì)菌都能捕獲不同的病毒DNA。因此，在病毒暴露后，具有CRISPR-Cas免疫力的每種細(xì)菌都是獨(dú)特的，因此群體中的多樣性很高。這被證明是理想的，以測(cè)試宿主多樣性是否以及為何限制疾病的傳播。

在他們的實(shí)驗(yàn)中，研究人員分離出單個(gè)細(xì)菌，并在單一培養(yǎng)中培育它們，或在不同種群中將它們混合在一起。Stineke van Houte博士回憶道：“病毒可以在單一培養(yǎng)物上傳播，但當(dāng)個(gè)體細(xì)菌混合在一起時(shí)，病毒就會(huì)迅速滅絕。這表明我們的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有很強(qiáng)的單一作用。”

接下來(lái)，研究人員研究了與不同的細(xì)菌宿主群體相比，為什么病毒在單一栽培中更容易持續(xù)存在。他們發(fā)現(xiàn)，這是因?yàn)椴《镜目焖龠M(jìn)化，其進(jìn)化為克服了細(xì)菌宿主單一培養(yǎng)物的CRISPR-Cas免疫力。然而，對(duì)于在CRISPR-Cas系統(tǒng)中具有更多遺傳多樣性的混合細(xì)菌群體，病毒無(wú)法進(jìn)化并因此滅絕。因此顯示病毒進(jìn)化高感染性的能力直接取決于宿主遺傳多樣性的水平。因此，將單一培養(yǎng)物混合在一起可以提高整個(gè)群體的免疫水平，這一特征稱(chēng)為群體免疫力。

這項(xiàng)關(guān)于細(xì)菌及其病毒的基礎(chǔ)研究的概念性見(jiàn)解可能是一般性的，因此結(jié)論可能在未來(lái)應(yīng)用于例如農(nóng)業(yè)和保護(hù)生物學(xué)。該論文“原核生物適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的多樣性產(chǎn)生的益處”發(fā)表在“ 自然 ”雜志上。

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