寄生虫能成功劝说宿主自杀完成生命周期

基因跨物种转移，在细菌和真菌等物种中广泛存在，植物和昆虫之间也存在跨物种基因的转移。动物之间的基因跨物种转移仍然让人感到不可思议。但最新研究发现，螳螂的一种寄生虫马毛虫，能从螳螂体内获得数百基因。既然基因能跨物种转移，有的生物利用这种工具完成生存和基因复制的目的，并不奇怪。病毒如肝炎病毒感染人类等宿主后，可以把基因转移给人类细胞。新冠病毒也具有类似的能力。反过来，病毒从宿主细胞获得基因也是非常容易的。但是相对高等的动物细胞之间进行基因转移，这仍然是让人感到非常无法理解。对这种跨动物基因转移的分子基础的研究，有可能给我们提供解决基因治疗的新策略，因为这种方法显然比较天然。

Parasitic worms may control minds of insects with ‘borrowed’ genes | Science | AAAS

成年马毛虫看起来就像你对它们的名字所期望的那样：它们是长长的面条状生物，类似于摆动的马毛。它们在水中生活和繁殖，但它们的幼崽只在其他动物的体内发育——通常是陆生昆虫，如螳螂。一旦它们在不知情的容器内完成生长，蠕虫必须说服宿主淹死自己以完成它们的生命周期。这些寄生虫如何设法致命地操纵宿主，长期以来一直困扰着科学家。今天发表在《当代生物学》（Current Biology）上的一项新研究背后的研究人员认为，马毛虫拥有数百个基因，可以劫持螳螂的活动，而且它们可能直接从命运多舛的宿主那里获得了这些基因。

“结果令人惊讶，”巴黎萨克雷大学的进化生物学家克莱门特吉尔伯特说，他没有参与这项工作。如果事实证明，如此多的螳螂基因跳到了寄生虫身上——这一过程被称为水平基因转移——那么“这是迄今为止在两种动物之间报道的水平转移基因数量最多的一次，”他补充道。

寄生虫在精神控制宿主的现象一直吸引着九州大学和RIKEN生物系统动力学研究中心的进化生物学家Tappei Mishina。“100多年来，世界各地都有可怕的陆生昆虫在我们眼前跳入水中的观察，”他说。

他与京都大学生态研究中心的生态学家Takuya Sato合作，调查了它们寄生的遗传基础。

他们专注于马毛或戈迪亚蠕虫，这是一组与线虫有关的寄生动物。许多具有涉及多个宿主的复杂生命周期，生活在淡水中的宿主通常必须进入昆虫才能完成发育成虫。Mishina，Sato和他们的同事专门研究被称为Chordodes，感染螳螂，并且可以在手掌大小的昆虫腹部内长到近1米长。

关于这些蠕虫如何傀儡它们的主人致命地将他们的身体扔进水中，人们知之甚少。“这个机制是一个完全的谜，”Mishina说。考虑到蠕虫以某种方式控制了螳螂的大脑，研究小组对信使RNA（mRNA）进行了测序 - 当基因活跃时携带蛋白质制造指令的分子 - 在昆虫淹死之前，期间和之后。

总的来说，他们发现了3100多个寄生虫基因，在操纵宿主时表达增加。令人惊讶的是，这些蠕虫基因中有1400多个与它们寄生的螳螂的基因非常匹配。这表明这组基因以某种方式通过水平基因转移从宿主的基因组转移到寄生虫的基因组中。“起初我不敢相信结果，回头看看是否有任何错误，”Mishina说。“我很惊讶，因为有这么多。

这种水平基因交换是一个谜。病毒，所谓的跳跃基因和其他一些机制被认为参与其中。但在先前记录的转移案例中，物种间转移的线索一直被掩盖。在蠕虫中，一些转移显然发生在很久以前，使得蠕虫和螳螂序列彼此相差5%或更多。但其他几乎或完全相同，这表明这些基因转移是相对较新的。

不列颠哥伦比亚大学研究宿主-寄生虫相互作用的博士后研究员杰夫·多尔蒂（Jeff Doherty）没有参与这项工作，他说结果很有希望，但研究人员尚未排除另一种可能性：螳螂从蠕虫那里获得了这些基因。

作者承认，这些序列也可能是由螳螂的组织污染蠕虫样本造成的。然而，Mishina指出，他们在成虫中发现了螳螂样RNA，这些成虫在水中单独存在长达3天 - 比这种污染物RNA通常持续的时间更长。此外，作者指出，许多mRNA序列之间的差异在污染情况下是没有意义的。

Doherty指出，即使蠕虫确实抓住了螳螂的基因，也不清楚它们如何帮助引导螳螂的行为。蠕虫的蛋白质可能模仿宿主的蛋白质，允许蠕虫控制螳螂的身体，激活适合它们需求的行为程序。“蛋白质模仿可能只是这里难题的一部分，”他说。“我们仍然处于漫长而曲折的道路的开始。

潜在转移基因的数量是“惊人的”，吉尔伯特说。然而，作者“本可以做更多”来反驳污染，他说。他指出，在过去，同样令人震惊的大量转移的说法最终被证伪。Mishina的团队正在努力对蠕虫和螳螂的全基因组进行测序。吉尔伯特同意这将有助于消除污染问题，并为他和多尔蒂关于转移方向和时间的问题提供答案。“我想相信这是真的，因为它会很漂亮，”他说。