活泼的苍蝇能挽救人的生命吗

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作物害虫。"这仅仅是冰山一角，"他表示。

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。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——这些疾病均由昆虫传播，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和生化的能力，以及如何利用这些知识，"卡尔说道。他是亚利桑那州立大学质谱分析中心主任，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。但它只能从被感染的母体传播给后代。为了提高传播概率，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虫无法使未感染雌虫的卵受精——毕竟未感染雌虫对沃尔巴克氏菌而言是传播死胡同。这种效应在其他物种中同样存在，使得该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影响——它使雌虫更活跃。受感染的雌虫交配更频繁且产卵量更大，其程度之甚甚至会接受异种交配以产出杂交卵。

虽然沃尔巴克氏菌对雄虫的影响已得到充分研究，但其对雌虫的操控机制尚不明确。卡尔与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导致滥交行为的机制。他们的研究发现以论文形式今日发表于Cell Reports期刊。

蛋白质组震荡

雌性果蝇依赖感知和决策等关键脑功能选择配偶。当卡尔团队研究受感染雌虫大脑时，发现沃尔巴克氏菌定位于执行这些功能的脑区，这为其影响交配行为创造了理想条件。

研究团队比较了感染与未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。

"采用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。

受感染大脑中的蛋白质水平明显异常：超过170种蛋白质发生变化，部分蛋白含量较未感染大脑增加，部分则减少。

当研究人员在未感染果蝇中通过基因手段改变其中三种蛋白的水平时，这些果蝇开始表现出类似感染个体的行为。

团队还在雌虫大脑中识别出700多种沃尔巴克氏菌蛋白质。利用名为AlphaFold的人工智能程序，卡尔团队重点研究了脑内丰度最高的菌体蛋白。

其中两种蛋白与宿主果蝇的蛋白质相互作用——这些宿主蛋白恰与交配行为相关。

"论文中还存在比这些蛋白更重要的隐藏线索，"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识别的行为蛋白无关，但完全涉及制造必需氨基酸的过程。"

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。

这种模式在进化史上反复出现。著名的"细胞动力工厂"线粒体，最初就是感染细胞的简单细菌。随着时间推移，它们变得不可或缺。卡尔认为沃尔巴克氏菌可能正在经历类似过程，并期待深入研究。

识别关键因子

其他研究已证明沃尔巴克氏菌能阻止寨卡病毒和登革热病毒在蚊子体内增殖。当前控制这些疾病和减少蚊群数量的措施成效不一。

"我认为最主要的原因在于，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技术，必须识别关键作用因子并阐明其运作机制。"

解析沃尔巴克氏菌蛋白与宿主蛋白的相互作用，可优化控制病媒昆虫的策略，并推动开发更安全的农用杀虫剂。该研究还有助于保护蜜蜂等面临病毒威胁的物种。

团队蛋白质组学分析的成功实践，可能激发采用该方法的新研究浪潮。

"蛋白质才是关键所在，"卡尔总结道。

这条研究道路终将通向更多拯救生命的解决方案。