單細(xì)胞真菌通過融合宿主中的細(xì)胞而繁殖
Microsporidia引起腹瀉,一種稱為微孢子蟲病的疾病甚至在免疫受損的個(gè)體中死亡。盡管存在廣泛的醫(yī)學(xué)問題,但科學(xué)家們還不確定這些單細(xì)胞真菌如何在人或動(dòng)物細(xì)胞中繁殖。但在一項(xiàng)采用透明蛔蟲的研究中,加州大學(xué)圣地亞哥分校的生物學(xué)家成功地直接觀察了這些微生物如何復(fù)制和傳播。而他們看到的讓他們感到驚訝。
加州大學(xué)圣地亞哥分校的生物學(xué)家在本周的“ 自然微生物學(xué) ” 雜志上報(bào)告說,微孢子蟲將它們的動(dòng)物宿主的細(xì)胞融合在一起,這樣它們就可以在它們宿主的未受感染的細(xì)胞中繁殖并迅速傳播。“病毒和細(xì)菌已經(jīng)被證明可以將宿主細(xì)胞融合在一起,以促進(jìn)感染的傳播,”負(fù)責(zé)這項(xiàng)研究的生物學(xué)教授Emily Troemel說。“但這是我們第一次看到這種真核病原體感染模式,這是一種單細(xì)胞生物體,具有獨(dú)特的含有遺傳物質(zhì)的細(xì)胞核。”
“就像微孢子蟲已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的那樣,就像在城市戰(zhàn)爭中戰(zhàn)斗的士兵一樣,通過一個(gè)共同的墻進(jìn)入相鄰的房屋而不是通過每個(gè)房子的前門進(jìn)入挨家挨戶更容易和更安全,” Troemel。微孢子蟲通常存在于動(dòng)物和人的腸道中,其由數(shù)百萬個(gè)細(xì)胞組成。這就是為什么之前研究他們的生殖方式如此困難的一個(gè)原因。
“我們經(jīng)常不知道病原體侵入的地方或它們?nèi)绾螐囊粋€(gè)細(xì)胞傳播到另一個(gè)細(xì)胞,”在Troemel實(shí)驗(yàn)室工作的研究生,該論文的第一作者Keir Balla解釋道。“這部分是由于體內(nèi)細(xì)胞排列復(fù)雜。由于腸道由數(shù)百萬個(gè)細(xì)胞組成,因此幾乎不可能分辨出哪個(gè)腸道細(xì)胞首先被入侵或感染能夠傳播的程度。”可以阻止有效的治療。“
雖然一些化合物已被用于治療微孢子蟲感染,但沒有一種被證明是有效的,導(dǎo)致人類和動(dòng)物的廣泛感染。最近在捷克共和國進(jìn)行的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn),大約有一半的人口感染了已知感染人類的??14種微孢子蟲中的至少一種。
“這是一個(gè)未被重視的醫(yī)療問題,因?yàn)闄z測微孢子蟲的難度很大,”特羅梅爾說。
Balla和Troemel的實(shí)驗(yàn)室研究生Robert Luallen和博士后研究員Malina Bakowski的另外兩名科學(xué)家使用小蛔蟲秀麗隱桿線蟲來弄清微孢子蟲如何從單一感染中復(fù)制出來。蠕蟲不僅透明,允許研究人員直接觀察過程,但它有一個(gè)非常簡單的腸道。
“這種蠕蟲的整個(gè)身體大約比單根人睫毛短10倍,而它的腸道只有20個(gè)細(xì)胞,”巴拉說。“盡管蠕蟲和人類之間的腸道細(xì)胞數(shù)量存在巨大差異,但它們的腸道結(jié)構(gòu)非常相似。這意味著微孢子蟲感染在人類和蠕蟲細(xì)胞中的傳播可能存在相似之處。”
通過用紅色熒光染料標(biāo)記微孢子蟲的RNA并用綠色標(biāo)記腸細(xì)胞的膜,研究人員能夠在一個(gè)腸細(xì)胞中顯微追蹤一個(gè)微孢子蟲細(xì)胞的單一感染,因?yàn)樗趦商靸?nèi)復(fù)制了超過50,000個(gè)個(gè)體并走遍了所有20個(gè)腸道細(xì)胞。因此,一個(gè)寄生蟲細(xì)胞可以復(fù)制以最終取代整個(gè)腸器官。
“在觀察活體蠕蟲中的這些感染時(shí),我們看到微孢子蟲通過將鄰近的腸道細(xì)胞融合在一起而生長并擴(kuò)散到最初侵入的細(xì)胞之外,”Troemel說。“這個(gè)過程持續(xù)穿過所有的腸道細(xì)胞,直到整個(gè)腸道的大部分融合成一個(gè)充滿微孢子蟲的巨大細(xì)胞。”
當(dāng)研究人員用微孢子蟲感染蠕蟲的肌肉細(xì)胞時(shí),發(fā)生了同樣的過程。入侵者將細(xì)胞融合在一起形成一個(gè)連續(xù)的結(jié)構(gòu),這表明在腸道細(xì)胞中使用相同的繁殖微孢子蟲模式發(fā)生在它們感染的許多其他類型的動(dòng)物細(xì)胞中 - 包括人類。
“我們在這項(xiàng)研究中觀察到,單個(gè)微生物可以將許多宿主細(xì)胞融合為一個(gè),這應(yīng)該為其他科學(xué)家設(shè)計(jì)更有效的微孢子蟲感染治療方法提供見解,”Balla說。“由于這些病原體仍隱藏在宿主細(xì)胞內(nèi),因此需要設(shè)計(jì)治療方法,將藥物或其他藥物傳遞給這些細(xì)胞內(nèi)區(qū)域。”
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