一种致命真菌已导致全球两栖动物种群灭绝，然而部分种群却神秘地恢复了。研究人员发现，幸存者在蝌蚪阶段就形成了强大的免疫防御能力，使其在变态发育后真菌发动攻击之前就已占据先机。该研究还发现了大量此前未知的抗菌肽，未来或将为研发抗感染新药提供灵感。
这项由伦敦大学学院 (UCL)、伦敦动物学会 (ZSL) 和帝国理工学院领导的研究发现，两栖动物免疫系统发育的时机对其能否在感染中存活起着至关重要的作用。研究结果发表在《自然-化学生物学》(Nature Chemical Biology) 期刊上。
一种针对成年两栖动物的致命真菌
壶菌——蛙壶菌（Batrachochytrium dendrobatidis，简称Bd）——已导致全球两栖动物种群数量灾难性地下降。这种真菌是壶菌病的病原体，该疾病会破坏青蛙和蟾蜍的皮肤，并扰乱它们调节水分、盐分和矿物质的能力。
幼年两栖动物之所以在很大程度上受到保护，是因为蝌蚪和幼体缺乏Bd赖以生存的富含角蛋白的皮肤。一旦它们转变为成体且皮肤发生角质化，就会变得易受感染，往往导致大规模死亡。
为了更好地理解为什么有些种群能够恢复而其他种群却继续崩溃，研究人员研究了生活在法国和西班牙比利牛斯山脉四个湖泊周围的产婆蟾，这些湖泊都曾经历过严重的Bd爆发。
在其中一个湖泊，蟾蜍种群数量仍在下降，并已濒临消失。然而，在另外三个湖泊，尽管真菌仍存在于环境中，种群数量已经回升。
早期免疫防御起决定性作用
研究团队重点关注抗菌肽，这是从两栖动物皮肤释放的天然化学物质，是其免疫系统的重要组成部分。
他们发现，来自恢复种群的蟾蜍发育这些保护性肽的时间要早得多，当时它们还是蝌蚪。当它们进入成年期并变得易感Bd时，其免疫防御机制已经相当完善。
相比之下，来自挣扎种群的蟾蜍在蝌蚪阶段产生的这些保护性肽要少得多，导致它们成熟后的准备不足。
该研究的第一作者、来自伦敦大学学院化学系、伦敦动物学会动物学研究所和帝国理工学院的 Phillip Jervis 博士说：“我们的研究表明，因这种疾病而数量大幅下降的物种仍然可以恢复。它们拥有抵御感染的工具——这取决于时机。这种疾病在蟾蜍和青蛙从蝌蚪变为成体时杀死它们。在蝌蚪阶段获得成熟的免疫力有助于这些蟾蜍存活下来，从而使种群得以延续。”
Jervis 博士补充道：“下一步是研究哪些因素阻碍了这些免疫系统的早期成熟。这可能与遗传或环境因素有关，例如温度或鳟鱼的存在——鳟鱼是蝌蚪的主要威胁，可能促使它们更快发育为成体以便离开水域，这意味着其免疫系统发育的时间减少了。”
发现超过1100种隐藏的免疫肽
为了研究蟾蜍的化学防御机制，研究人员使用质谱法检查了从其皮肤释放的肽（氨基酸短链）混合物。
分析显示，免疫肽的种类比科学家预期的要多得多。在鉴定出的1152种肽中，只有7种曾被记录过。
研究还发现，产生更多种类肽的蝌蚪（即它们的防御机制在变成蟾蜍之前已经成熟）在Bd持续爆发的情况下存活的可能性要大得多。在蝌蚪阶段肽种类较少的种群则继续遭受高死亡率的困扰。
研究结果可能启发未来的药物研发
资深作者 Alethea Tabor 教授（伦敦大学学院化学系）表示：“我们发现的肽的多样性远超预期。我们现在需要了解它们如何控制病原体以及哪些具有抗菌作用。
“许多人类药物最初都是在自然界中发现的——例如青霉素来自真菌。因此，这些肽是可用于帮助人类健康的新线索，特别是考虑到我们人类自身也面临着抗菌素耐药性上升的问题，这要求我们寻找治疗感染的新方法。”
质谱法使科学家能够以极高的精度测量分子的质量。在这项研究中，研究人员在伦敦大学学院化学系使用串联质谱法将肽断裂成更小的片段，测量这些片段，并重建每个肽的结构。这一过程使团队能够鉴定和测序数百种以前未知的分子。
合著者 Kersti Karu 博士（伦敦大学学院化学系）表示：“并行分析数百至数千个分子的能力是在过去十年中才出现的。这种方法更常应用于人类健康研究，例如区分癌细胞与正常组织，但正越来越多地扩展到生物学研究的其他领域。”
该研究由英国自然环境研究理事会 (NERC) 和利华休姆信托基金会资助。