活跃的果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"。

滥交的果蝇

沃尔巴克氏菌是一种寄生在昆虫细胞内的细菌，至少感染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的总和，了解这种细菌如何影响它们可能产生广泛的影响。

"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。控制这些害虫完全取决于我们理解其生理生化的能力，以及这些知识如何发挥作用，"卡尔表示。他是亚利桑那州立大学质谱设施负责人，并担任该校生物设计研究所®旗下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递给后代。为了提高传播几率，它会操控宿主，使受感染的雌性产下大量携带细菌的卵。

在果蝇中，沃尔巴克氏菌会使受感染的雄蝇无法使未受感染雌蝇的卵受精——毕竟未感染雌蝇是沃尔巴克氏菌传播的死胡同。该效应在其他某些物种中同样存在，使这种细菌成为潜在的昆虫控制工具。

对于雌性果蝇，沃尔巴克氏菌则产生不同效应——它使雌蝇更活跃。受感染的雌蝇交配更频繁且产卵更多，其程度之甚甚至会接受与其他物种交配以产下杂交卵。

虽然沃尔巴克氏菌对雄性的影响已被充分研究，但其对雌性的影响却知之甚少。卡尔与来自加州大学圣克鲁兹分校的同事布兰特·瓦雷茨基和威廉·沙利文着手研究其细胞内的变化机制。他们的研究发现发表在今天出版的Cell Reports期刊新论文中。

蛋白质剧变

雌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雌蝇大脑时，在负责这些功能的脑区发现了沃尔巴克氏菌的存在，其位置恰好能影响交配行为。

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

"蛋白质研究方法能发现基因组研究单独无法揭示的现象，"卡尔解释道。

受感染大脑中的蛋白质水平明显不同。超过170种蛋白质发生变化，与未感染大脑相比，部分蛋白质数量增加，部分则减少。

当研究人员通过基因手段改变未感染果蝇体内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。

团队还在雌蝇大脑中识别出700多种沃尔巴克氏菌蛋白质。利用名为AlphaFold的AI程序，卡尔团队重点研究了大脑中最丰富的细菌蛋白质。

其中两种蛋白质与宿主果蝇的蛋白质相互作用——而这些宿主蛋白恰好与交配行为相关。

"论文中还存在其他潜在价值更高的发现，"卡尔指出，"沃尔巴克氏菌产生的某些蛋白质可能与我们直接识别的这些行为蛋白无关，但完全关系到制造所谓的必需氨基酸。"

果蝇（和人类）无法合成身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。

这种模式在进化史中屡见不鲜。著名的"细胞动力站"线粒体，最初就是感染细胞的简单细菌。随时间推移，它们变得不可或缺，使细胞对其产生依赖。卡尔认为沃尔巴克氏菌可能正在经历类似过程，并渴望展开深入探索。

识别关键因子

其他研究显示沃尔巴克氏菌可阻止寨卡、登革热等病毒在蚊子体内繁殖。但控制这些疾病和减少蚊群数量的努力成效参差。

"我认为最核心的原因在于，我们对任何潜在解决方案的分子基础都缺乏理解。研究才刚刚取得进展，"卡尔强调，"要治愈疾病或完善生物学技术，必须识别关键因子并掌握其运作机制。"

解析沃尔巴克氏菌蛋白与宿主蛋白的相互作用，有助于优化控制病媒昆虫的策略，并通过更安全的杀虫剂保护农作物。该研究的见解或能帮助保护蜜蜂等受病毒威胁的物种。

团队在蛋白质分析方面的成功也可能推动这种新研究方法的应用。

"蛋白质是机制落地的关键枢纽，"卡尔如是说。

而这条道路，或将通往更多拯救生命的解决方案。