When fruit flies are infected with the Wolbachia bacteria, their sex lives—and ability to reproduce—change dramatically. Arizona State University scientist Timothy Karr decided to find out why. What he discovered could help curb mosquito-borne diseases an
当果蝇感染沃巴赫氏菌时，它们的性生活和繁殖能力会发生巨大变化。亚利桑那州立大学科学家Timothy Karr决定找出原因。他的发现有助于遏制蚊媒疾病和管理作物害虫。他说，这只是“冰山一角”。Wolbachia是一种寄生细菌，生活在昆虫细胞内。它感染了至少五分之二的昆虫。由于昆虫的数量超过了地球上所有其他生命，了解这种细菌如何影响它们可能会产生广泛的影响。
“昆虫统治着这个星球。疟疾、登革热、寨卡病毒；它们都是由昆虫传播的，每年杀死数百万儿童和成年人。这些害虫的控制都取决于我们了解其生理和生物化学的能力，以及这可能有何帮助，”亚利桑那州立大学质谱设施经理、生物设计研究所亚利桑那州立大学班纳神经退行性疾病研究中心的研究副教授Karr说。
像任何好的寄生虫一样，沃巴赫氏菌的目标是传播到更多的宿主。但它只能从受感染的母亲传给她的后代。为了提高它的机会，它会影响宿主，使受感染的雌性产下大量受感染的卵。
在果蝇中，沃巴赫氏菌使感染的雄性无法使未感染的雌性卵子受精。毕竟，未感染的雌性是沃巴赫氏菌的死胡同。同样的效果也发生在其他一些物种身上，使这种细菌成为控制昆虫的潜在工具。
在雌性果蝇中，沃巴赫菌具有不同的作用——它使它们更活泼。受感染的雌性更有可能更频繁地交配并产下更多的卵，以至于它们甚至会接受其他物种产下杂交卵。
虽然沃巴赫氏菌对雄性的影响已经得到了很好的研究，但人们对它如何影响雌性知之甚少。卡尔和他来自加州大学圣克鲁斯分校的同事布兰特·沃莱基和威廉·沙利文着手研究他们的细胞内发生了什么，使他们如此滥交。他们的研究结果发表在《细胞报告》上。
蛋白质抖动雌性果蝇依靠感知和决策等关键大脑功能来选择伴侣。当卡尔和他的同事研究受感染的女性大脑时，他们发现沃巴赫菌位于负责这些功能的区域。它完全有能力影响交配行为。
研究小组比较了感染和未感染女性大脑中的蛋白质。这是他们第一次使用这种技术来研究沃巴赫菌对雌性果蝇的影响。Karr说：“这需要一种蛋白质方法来找到仅靠基因组工作无法找到的东西。”。
感染大脑中的蛋白质水平明显不同。超过170种蛋白质发生了变化，与未感染的大脑相比，有些蛋白质的含量增加，有些蛋白质含量减少。
当研究人员通过基因改变未感染苍蝇中三种蛋白质的水平时，这些苍蝇开始表现得像感染的苍蝇一样。
该团队还在女性大脑中鉴定出700多种沃巴赫氏菌蛋白。Karr及其同事使用名为AlphaFold的人工智能程序研究了大脑中最丰富的蛋白质。
其中两种与寄主苍蝇的蛋白质相互作用，这些蛋白质与交配行为有关。Karr说：“这篇论文中还有其他隐藏的宝石可能比这些蛋白质更重要。”。“沃巴赫菌产生的其他蛋白质可能与我们直接鉴定的这些行为蛋白质无关，但与产生我们所说的必需氨基酸有关。”
果蝇（和人类）不能制造身体所需的必需氨基酸。相反，它们从食物或细菌中获得这些营养。沃巴赫菌似乎为宿主制造这些营养物质，这可能给感染的苍蝇带来了优势。
这是一种贯穿进化的模式。线粒体是著名的“细胞动力”，最初是感染细胞的简单细菌。随着时间的推移，它们变得如此有用，以至于细胞都依赖于它们。卡尔认为沃巴赫菌也可能发生类似的过程，并渴望对其进行更多研究。
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了解参与者其他研究表明，沃巴赫菌可以阻止寨卡病毒和登革热等病毒在蚊子中生长。控制这些疾病和减少蚊子数量的努力取得了喜忧参半的成果。卡尔说：“在我看来，最突出的原因是我们不了解这些潜在解决方案的分子基础。我们才刚刚开始取得进展。”。“要治愈任何疾病，完善生物学中的任何技术，你需要知道参与者是谁，你需要了解他们是如何工作的。”
了解沃巴赫菌蛋白如何与宿主蛋白相互作用，可以改善管理携带疾病的昆虫的策略，并用更安全的杀虫剂保护作物。这项研究的见解也可能有助于保护面临病毒威胁的蜜蜂等物种。
该团队在蛋白质分析方面的成功也可能激发使用这种方法的新研究。Karr说：“蛋白质是橡胶与道路相遇的地方。”。
这条路可能会带来更多拯救生命的解决方案。p