皮肤穿透线虫与二氧化碳的爱恨关系可能会导致新的寄生虫感染治疗方法

在美国，最著名的皮肤穿透寄生虫，称为线虫，是钩虫。但据估计，全球有超过6亿人感染了皮肤穿透性线虫，也称为粪类圆线虫。该物种主要分布在卫生基础设施较差的热带和亚热带地区。皮肤穿透线虫在感染宿主的粪便中排泄，然后进入地面等待新的宿主。当它们感染新的宿主时，会导致严重的疾病

目前，感染用伊维菌素治疗，但一些线虫开始对这种一线药物产生耐药性。需要新的药物，加州大学洛杉矶分校的神经生物学家可能刚刚找到了启发他们设计所需的线索

在《当代生物学》发表的一篇论文中，加州大学洛杉矶分校的研究人员报告称，S.stercoralis线虫在生命周期的不同阶段对二氧化碳的反应不同。他们还发现了一对神经元和一个检测这些寄生虫中二氧化碳的基因，并展示了如何操纵它们进行进一步研究

由于二氧化碳在肺部和肠道等组织中大量存在，这一发现可以帮助科学家找到通过靶向二氧化碳感应途径预防或治疗感染的方法

通讯作者、加州大学洛杉矶分校微生物学、免疫学和分子遗传学教授Elissa Hallem说：“皮肤穿透线虫在其整个生命周期中，无论是在粪便和土壤微环境中还是在宿主体内，都会遇到高浓度的二氧化碳。”。“我们的研究结果表明，对二氧化碳的反应在这些寄生虫在经历生命周期的不同阶段并建立感染时如何与人类宿主相互作用方面发挥着重要作用。”

当宿主粪便中排泄的未成熟幼虫发育成幼虫时，线虫感染周期就开始了。然后，感染性幼虫从粪便中爬出来，进入土壤寻找宿主进行感染。在找到宿主并通过皮肤进入宿主后，线虫会穿过宿主的身体，并被认为会穿过肺部。它们最终迁移到小肠，在那里它们作为寄生成虫居住并产卵。从这些卵孵化的幼虫被排出体外，循环再次开始

加州大学洛杉矶分校的研究人员发现，感染性幼虫会被二氧化碳排斥，而非感染性幼虫和成虫则会产生中性反应。Hallem实验室的博士后研究员、该研究的第一作者Navonil Banerjee说：“感染性幼虫体内的二氧化碳排斥可能会通过将它们赶出二氧化碳水平较高的宿主粪便来启动宿主寻找。”。“体内蠕虫对二氧化碳的吸引力可能会将它们引向二氧化碳含量高的肺部和肠道。”Hallem、Banerjee及其同事通过将处于生命周期不同阶段的线虫暴露在二氧化碳中并研究它们的行为，发现了这些反应。然后，他们确定了检测二氧化碳并促进相关行为反应的神经元

他们发现这些神经元表达一种名为GCY-9的受体，众所周知，GCY-9有助于线虫感知二氧化碳。通过去除编码GCY-9的基因，线虫无法检测到二氧化碳，这表明该基因对于对二氧化碳的行为反应是必要的。

确定影响寄生线虫与其人类宿主之间相互作用的化学感觉机制可能有助于科学家设计针对二氧化碳感应途径的新药。例如，阻断GCY-9功能的药物可能会通过破坏寄生虫检测二氧化碳的能力来损害寄生虫在体内导航的能力，这反过来又可以防止感染的建立或降低现有感染的严重程度

未来的研究将确定二氧化碳感应途径中的其他基因，这些基因可以作为新的抗寄生虫药物的分子靶点 More information: Navonil Banerjee et al, Carbon dioxide shapes parasite-host interactions in a human-infective nematode, Current Biology (2024). DOI: 10.1016/j.cub.2024.11.036

Journal information: Current Biology