活跃的苍蝇能拯救人类生命吗

亚利桑那州立大学科学家蒂莫西·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和控制农作物害虫。他表示，这仅仅是"冰山一角"。

滥交的果蝇

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，了解这种细菌如何影响昆虫可能产生广泛影响。

"昆虫主宰着这个星球。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，"卡尔说。他是亚利桑那州立大学质谱设施负责人，同时也是该校生物设计研究所下属ASU-Banner神经退行性疾病研究中心的研究副教授。

如同所有成功的寄生虫，沃尔巴克氏菌的目标是传播给更多宿主。但它只能通过受感染的母体传给后代。为提高传播概率，它会操纵宿主行为，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蝇无法使未感染雌蝇的卵受精——毕竟，未感染雌蝇对细菌而言是传播死胡同。该效应在其他物种中同样存在，使这种细菌成为潜在的昆虫控制工具。

在雌性果蝇体内，沃尔巴克氏菌则产生不同效应——它使雌蝇更活跃。受感染雌蝇的交配频率和产卵量显著增加，其程度之高甚至会使它们接受其他物种以产生杂交卵。

虽然沃尔巴克氏菌对雄性的影响已得到充分研究，但其对雌性的作用机制尚不明确。卡尔与来自加州大学圣克鲁兹分校的同事布兰特·瓦雷茨基（Brandt Warecki）和威廉·沙利文（William Sullivan）着手研究其细胞内变化如何导致滥交行为。他们的研究发现已于今日发表在《细胞报告》期刊。

蛋白质组剧变

雌性果蝇依靠关键脑功能（如感知和决策）来选择配偶。卡尔团队研究发现，受感染雌蝇脑中负责这些功能的区域存在沃尔巴克氏菌，这种定位使其能直接影响交配行为。

研究团队对比了受感染与未感染雌蝇脑部的蛋白质组。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。

"蛋白质组学方法揭示了基因组研究无法单独发现的机制，"卡尔解释道。

受感染脑部的蛋白质水平呈现显著差异。超过170种蛋白质发生变化，其中部分蛋白表达量上调，部分则较未感染脑部下降。

当研究人员在未感染果蝇中遗传改造其中三种蛋白质的水平时，这些果蝇开始表现出类似感染个体的行为。

团队同时在雌蝇脑内鉴定出700多种沃尔巴克氏菌蛋白质。利用名为AlphaFold的人工智能程序，卡尔团队重点分析了脑部丰度最高的细菌蛋白。

其中两种蛋白与宿主果蝇的蛋白质（即与交配行为相关的同种蛋白）发生相互作用。

"论文中还潜藏着比这些蛋白质更重要的宝藏，"卡尔指出，"沃尔巴克氏菌产生的其他蛋白质可能与我们直接鉴定的行为蛋白无关，但却与生产必需氨基酸密切相关。"

果蝇（及人类）无法合成机体所需的必需氨基酸，必须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。

这种模式在进化史上反复出现。著名的"细胞动力站"线粒体，最初就是感染细胞的简单细菌。历经演化，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，并渴望对此深入研究。

识别关键因子

已有研究表明沃尔巴克氏菌可阻断寨卡、登革热等病毒在蚊子体内增殖。当前控制这些疾病及减少蚊群数量的努力成效参差。

"在我看来，最主要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，"要治愈任何疾病、完善任何生物技术，必须识别关键因子并阐明其作用机制。"

理解沃尔巴克氏菌蛋白与宿主蛋白的互作机制，有望改进病媒昆虫防控策略并开发更安全的农作物杀虫剂。该研究还可能助力保护蜜蜂等受病毒威胁的物种。

团队在蛋白质分析方面的突破或将启发基于该方法的新研究。

"蛋白质分析才是根本，"卡尔总结道。

而这条道路或将通往更多拯救生命的解决方案。