活泼的苍蝇能挽救人类生命吗

亚利桑那州立大学的科学家蒂莫西·卡尔（Timothy Karr）决定找出原因。他的发现可能有助于遏制蚊媒疾病并管理农作物害虫。他表示，这仅仅是"冰山一角"。

杂交蝇虫

沃尔巴克氏菌（Wolbachia）是一种寄生在昆虫细胞内的细菌。它至少感染了五分之二的昆虫物种。由于昆虫数量超过地球上所有其他生物，理解这种细菌如何影响它们可能产生广泛影响。

"昆虫统治着这个星球。疟疾、登革热、寨卡病毒都由昆虫传播，每年导致数百万儿童和成人死亡。控制这些害虫完全依赖于我们理解其生理生化特性及其潜在应用价值的能力，"卡尔表示。他是亚利桑那州立大学质谱设施负责人，同时担任生物设计研究所®内ASU-Banner神经退行性疾病研究中心的研究副教授。

与所有成功的寄生虫一样，沃尔巴克氏菌的目标是传播给更多宿主。但它只能从受感染的母体传给后代。为提高传播概率，它会操控宿主行为，促使受感染的雌性产下大量携带细菌的卵。

在果蝇中，沃尔巴克氏菌使受感染的雄虫无法使未受感染雌虫的卵受精——毕竟未感染雌虫对沃尔巴克氏菌而言是传播死路。该效应在某些其他物种中同样存在，使得这种细菌成为潜在的昆虫防治工具。

对于雌性果蝇，沃尔巴克氏菌则产生不同效应——它使雌虫更加活跃。受感染的雌虫交配频次更高且产卵量更大，其程度甚至令它们愿意接受其他物种以产下杂交卵。

尽管沃尔巴克氏菌对雄性的影响已被充分研究，但其对雌性的作用机制尚不清楚。卡尔与来自加州大学圣克鲁兹分校的布兰特·瓦雷茨基（Brandt Warecki）和威廉·沙利文（William Sullivan）展开合作，着手研究其细胞内导致滥交行为的机制。阐述该发现的新论文今日发表于《细胞报告》（Cell Reports）。

蛋白质剧变

雌性果蝇依赖关键脑功能（如感知和决策）来选择配偶。当卡尔团队研究受感染的雌虫大脑时，发现沃尔巴克氏菌定位于控制这些功能的脑区，使其能精准影响交配行为。

研究团队比较了受感染与未受感染雌虫大脑中的蛋白质。这是首次运用该技术研究沃尔巴克氏菌对雌性果蝇的影响。

"蛋白质组学方法发现了基因组研究无法单独揭示的机制，"卡尔解释道。

受感染大脑中的蛋白质水平存在显著差异。超过170种蛋白质发生变化，部分蛋白含量增加，部分减少。

当研究人员通过基因手段在未感染果蝇体内调控其中三种蛋白质的水平时，这些果蝇开始表现出类似受感染个体的行为。

团队还在雌虫大脑中鉴定出700余种沃尔巴克氏菌蛋白质。借助名为AlphaFold的人工智能程序，卡尔团队重点研究了大脑中最富集的细菌蛋白。

其中两种蛋白与宿主果蝇的蛋白质（即与交配行为相关蛋白）发生相互作用。

"论文中还存在其他潜在价值更大的发现，"卡尔指出，"沃尔巴克氏菌产生的某些蛋白虽与我们直接识别的行为蛋白无关，但可能涉及制造所谓必需氨基酸的过程。"

果蝇（及人类）无法合成机体所需的必需氨基酸，需从食物或细菌中获取。沃尔巴克氏菌似乎能为宿主制造这些营养素，可能赋予受感染果蝇生存优势。

这种模式在进化史中屡见不鲜。著名的"细胞动力之源"线粒体最初就是感染细胞的简单细菌。经长期演化，它们变得不可或缺。卡尔认为沃尔巴克氏菌可能正经历类似过程，并期待展开深入研究。

辨识关键参与者

其他研究表明沃尔巴克氏菌能阻止寨卡、登革热等病毒在蚊子体内增殖。但现有防治手段在控制这些疾病和减少蚊群数量方面效果参差。

"我认为最关键的原因在于我们尚未理解这些潜在解决方案的分子基础，相关研究才刚刚取得进展，"卡尔强调，"要攻克任何疾病、完善任何生物技术，必须明确参与者及其作用机制。"

解析沃尔巴克氏菌蛋白与宿主蛋白的互作机制，可优化病媒昆虫治理策略并开发更安全的农作物保护剂。该研究的见解或有助于保护蜜蜂等面临病毒威胁的物种。

团队在蛋白质分析领域的突破也可能推动该研究方法的新应用。

"蛋白质才是解决问题的关键所在，"卡尔总结道。

这条研究之路或将通向更多拯救生命的解决方案。