高级成像揭示了寄生“吻”如何改变细胞代谢

弓形虫是一种导致弓形虫病的寄生虫，弓形虫病是一种终身慢性感染，在约30%的人口中流行。它对健康个体几乎没有伤害，但可能会对免疫功能低下的人造成严重后果。如果感染发生在怀孕期间，寄生虫可以穿过胎盘，在发育中的胎儿中引起视网膜或神经系统问题，在严重的情况下可能会死亡

目前还没有针对弓形虫感染的疫苗，寄生虫影响宿主细胞代谢的生物学机制尚不清楚

在《mBio》杂志上发表的一项新研究中，Morgridge的研究人员首次利用光学代谢成像（OMI）的能力描述了弓形虫感染如何在感染过程中改变宿主细胞的代谢

助理科学家Gina Gallego Lopez是Morgridge博士后研究员项目的校友，也是该研究的第一作者，她领导了她的联合顾问、Morgridge-生物医学成像研究员Melissa Skala和威斯康星大学麦迪逊分校医学微生物学和免疫学教授Laura Knoll之间的合作

Knoll实验室专注于研究弓形虫和其他相关寄生虫，如内阿米巴，而Skala实验室则开发了OMI等生物医学成像工具来监测细胞活动

Gallego Lopez说：“我对寄生虫有经验，但光学领域对我来说是新的。”。“我想尝试对弓形虫进行成像，看看它是如何影响宿主细胞的代谢的，最好的选择是使用OMI，因为它是非侵入性的。”

非侵入性方法对于能够观察实时变化非常重要。OMI允许研究人员通过检测细胞中已经存在的荧光活性来监测活细胞内的代谢。这是在不必固定或染色最终杀死细胞的样本的情况下完成的

在这项研究中，研究人员观察到氧化还原生物学的变化，通过代谢物NAD（p）H和FAD的化学活性来衡量。他们发现，在48小时的感染过程中，受感染的宿主细胞变得更加氧化，NAD（P）H的平均寿命增加。这一结果表明，寄生虫可以从根本上改变宿主细胞的代谢

此外，他们证实了葡萄糖、乳酸和ROS产生水平的代谢变化——所有这些因素都与感染细胞中氧化还原生物学的变化有关

Gallego-Lopez说：“寄生虫需要能量才能复制——我们看到，在早期感染中，这些变化是不同的，随着时间的推移，葡萄糖的增加会减少，而在晚期感染中，氧化还原率也会降低。”。“因此，我们对弓形虫感染细胞在氧化还原生物学水平上发生的情况有了第一手的了解。”Gallego Lopez也对与“亲吻和吐”机制相关的代谢变化感到好奇，弓形虫在完全入侵之前与宿主细胞表面相互作用

她说：“一个细胞可能被感染，而它周围的细胞没有被感染；看起来寄生虫会‘亲吻’这些细胞，然后注射一些蛋白质——亲吻并吐出。”。“令我们惊讶的是，我们能够看到与完全感染类似的变化。因此，看起来寄生虫的一个简单的‘吻’就足以诱导宿主细胞的变化。”

虽然还有许多问题需要回答，但Gallego Lopez说，OMI是在这种情况下使用的完美工具，因为它可以准确地测量非常小的变化。在将OMI数据和代谢组学数据与基因表达分析相关联后，下一步包括进一步研究这些途径中涉及的遗传靶标

Gallego-Lopez说：“我们需要详细了解——具体是什么基因或特定蛋白质——以便能够为疫苗开发或药物治疗设计更好的靶点，但首先我们需要知道感染对宿主的影响。”

最终，Gallego-Lopez希望建立自己的实验室，继续研究弓形虫和隐孢子虫等顶复门寄生虫，后者与癌症有关

“我想了解这些寄生虫如何可能诱导宿主发生变化，从而能够随着时间的推移诱导癌症，”她说。“我正在使用弓形虫作为模型来了解这些变化，以便以后能够应用于隐孢子虫。这是我的目标。”