進化“軍備競賽”——海豚和鯨魚如何對抗疾病威脅

海豚、鯨魚和其他鯨魚容易受到與人類相同的健康危害，包括汞、短毒素(如赤潮)和小葉霉菌。它們也是突出環(huán)境和公共衛(wèi)生相關問題的重要前哨物種。然而，了解這些水生哺乳動物如何對抗病原病原體、適應不斷變化的病原威脅并觸發(fā)其免疫反應始終是一項挑戰(zhàn)。

佛羅里達大西洋大學的研究人員最近發(fā)表的兩篇論文揭示了鯨目動物如何在不斷演變的病原體群落“軍備競賽”中競爭生存。由于疾病和傳染病風險的變化，鯨魚和海豚必須適應這些變化。今天的問題是，他們能很快適應嗎？

在PLOS一號發(fā)表的一項開創(chuàng)性研究中，來自FAU港分支機構海洋研究所的研究人員發(fā)現(xiàn)，鯨目動物使用了幾種策略來在這場進化軍備競賽中取得成功。脊椎動物的免疫反應由一系列快速進化的基因介導，這些基因被稱為主要組織相容性復合體或MHC。作為病原體預警系統(tǒng)，MHC不僅能發(fā)出警報，還能啟動武裝反應。為此，MHC蛋白需要能夠在分子水平上區(qū)分“朋友”和“敵人”。與鎖定和鎖定機制類似，個體的MHC“鎖定”必須能夠與病原體的肽“鑰匙”結合，以啟動防御序列。

FAU團隊發(fā)現(xiàn)，這些鯨類不僅保留了鎖型的遺傳多樣性，即有助于觸發(fā)免疫反應的結合口袋的構象，而且在如何調(diào)控許多產(chǎn)品的生產(chǎn)上也選擇了多樣性。需要鎖。MHC受到監(jiān)管，以防止過度活動，在過度活動中，免疫系統(tǒng)可能會攻擊自己的細胞，而活動太少，免疫系統(tǒng)不會對真正的威脅做出快速或強烈的反應。

“這是首次嘗試將MHC構象和遺傳變異的調(diào)節(jié)作為鯨類動物疾病易感性的早期指標，”該研究的第一作者、FAU港分院的研究員海蒂JT帕甘博士說。

異教徒和合作者希望為鯨目動物開發(fā)一個更全面的MHC標記系統(tǒng)，并結合傳統(tǒng)和下一代測序方法進行基因分型。他們使用這個標記系統(tǒng)來研究比較河口和海洋生境中MHC海豚多樣性的進化和種群力量。

通過將這些遺傳數(shù)據(jù)與Torrey Pines分子研究所的Colette T. Dooley博士開發(fā)的免疫蛋白質組學方法相結合，研究人員現(xiàn)在對鯨魚和海豚如何繼續(xù)適應當前的情況有了更全面的了解。致病環(huán)境。

杜利應用了免疫遺傳學和免疫蛋白質組學技術，并對組合文庫進行建模，以確定在佛羅里達州河口和沿海寬吻海豚中發(fā)現(xiàn)的哪種類型的肽(“關鍵”)MHC可以識別。從那里，她使用生物信息學來確定哪些微生物可能產(chǎn)生這些特征分子。

“我們第一次對所涉及的病原體有了清晰的認識，現(xiàn)在我們已經(jīng)制定了研究團隊研究包括人類在內(nèi)的其他物種的路線圖，以實現(xiàn)這一目標，”杜利說，他在FAU發(fā)表了這些研究成果。八月加入PLOS一隊?！斑@些見解將使我們能夠改善這些面臨特定疾病威脅的鯨目動物的種群健康預測?！?

寬吻海豚棲息在佛羅里達大西洋沿岸的沿海水域和許多河口、海灣和瀉湖，包括256公里長的河瀉湖河口系統(tǒng)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，沿海種群在人口和基因上與許多種植種群和瀉湖種群不同，盡管也記錄了一些基因流動和移動。

化學污染、高營養(yǎng)輸入、鹽度降低、海藻生境喪失和富營養(yǎng)化都導致了IRL河口系統(tǒng)的生境質量差。對于幾種鯨目動物，已經(jīng)記錄了種群之間的差異，甚至個體對疾病的易感性，這通常與免疫抑制污染物的濃度有關。

研究團隊負責人表示：“通過這些突破，我們終于有了工具，可以幫助野生動物管理者和衛(wèi)生專業(yè)人員從單個動物如何設計來識別環(huán)境中的微生物分子并啟動免疫反應的角度來評估疾病風險。格雷格奧科里-克洛博士是FAU港分校的研究教授?！拔覀儸F(xiàn)在需要將這些工具直接帶到現(xiàn)場，并應用于其他物種?！?

2013年，不同數(shù)量的大西洋寬吻海豚在前往佛羅里達東海岸的佛羅里達群島的途中死亡。然而，墨西哥灣的海豚沒有受到影響。這表明研究人員認為，許多因素可能會影響疾病傳播的空間變異，并不同程度地影響鄰近人群。

“雖然我們已經(jīng)了解了很多關于‘鎖’脊椎動物種群的變異，但到目前為止，我們對疾病的‘鑰匙’知之甚少，”O(jiān)'Corry-Crowe說。

“這個問題已經(jīng)成為將MHC多樣性研究應用于實際評估野生種群應對疾病威脅能力的巨大障礙?！?

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