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采采蠅的免疫系統發育仰賴體內共生菌

采采蠅是造成昏睡病的錐蟲之唯一傳播媒介昆蟲,每年在非洲增加大約 10,000 位病患得到昏睡病。最新的一篇研究中發現采采蠅 ( tsetse fly Glossina morsitans) 與它體內的共生菌 ─ 魏格沃斯菌 (Wigglesworthia glossinidia) 有著一段引人入勝的特殊共生關係。

魏格沃斯菌是為了紀念英國昆蟲學家魏格沃斯而得名,這種細菌寄生在采采蠅的腸道,無法離開寄主而獨立生存。從分子親緣關係的分析發現采采蠅與魏格沃斯菌的共生關係可以追朔到五千萬至八千萬年前。

在先前的研究,該實驗室的研究員(Serap Aksoy)與她的工作夥伴發現失去魏格沃斯菌共生的采采蠅,較野生型還要容易受到錐蟲寄生感染(延伸閱讀文獻3)。他們最新的研究發表於 PLoS 生物學期刊,探究魏格沃斯菌如何影響采采蠅的免疫力。他們用青黴素餵食懷孕的采采蠅來殺死魏格沃斯菌 (由於采采蠅是胎生,青黴素只會選擇性殺死魏格沃斯菌,因此生出來的幼蟲將沒有魏格沃斯菌寄生),培養沒有共生菌寄生的采采蠅品系。之後,他們使用大腸桿菌注射來引發免疫反應,比較采采蠅在共生菌有無的狀況下的存活率與免疫反應的指標。

結果發現,失去魏格沃斯菌寄生的采采蠅對於大腸桿菌的耐受性降低,這些采采蠅當被注射固定濃度的大腸桿菌後全數死亡,相較於野生型的采采蠅仍有50%的存活率。接著在分析注射大腸桿菌後的免疫反應相關的基因表現,他們發現兩群采采蠅在細胞免疫反應的巨噬作用與黑化作用 (melanizaiton,昆蟲的免疫反應,分泌黑色素(melanin)包裹住外來細菌)相關的基因表現上出現巨大差異!另外,失去共生菌的采采蠅在被注射大腸桿菌 30 分鐘之後,血液中沒有出現黑化反應,而且傷口上也未見黑色素沉積(melanin clot)。

來自 PLoS Biol 9(5): e1000619

傷口上的黑化作用

昆蟲體內的血球細胞扮演重要的免疫免疫反應防線,除了以巨噬作用消滅外來病菌,血球細胞也會分化成晶狀細胞 (crystal cell) 分泌黑色素。這篇研究中還觀察到沒有魏格沃斯菌寄生的采采蠅體內的血球細胞數目遠低於野生型采采蠅。最後他們分析兩個影響血球細胞分化的基因表現,發現缺乏共生菌的采采蠅幼蟲遠低於野生型采采蠅。因此他們推論魏格沃斯菌對於采采蠅的重要性是在於幼蟲成長的過程中誘發血球細胞增殖與分化。

來自 PLoS Biol 9(5): e1000619

魏格沃斯菌影響采采蠅的免疫系統發育

以上的結果顯示魏格沃斯菌必須存在采采蠅幼蟲體內,使成蟲免疫系統的功能發育完全。

這個研究讓我聯想到,小孩成長的過程中也需要受到環境中病菌或微生物的刺激,以幫助我們的免疫系統發展健全。采采蠅的幼蟲需要被共生菌刺激以啟動更完善的防衛機制!

延伸閱讀

1. Weiss BL, Wang J, Aksoy S (2011) Tsetse Immune System Maturation Requires the Presence of Obligate Symbionts in Larvae. PLoS Biol 9(5): e1000619. doi:10.1371/journal.pbio.1000619

2. Heller K (2011) Tsetse Flies Rely on SymbioticWigglesworthia for Immune System Development. PLoS Biol 9(5): e1001070. doi:10.1371/journal.pbio.1001070

3. Hu C, Rio RVM, Medlock J, Haines LR, Nayduch D, et al. (2008) Infections with Immunogenic Trypanosomes Reduce Tsetse Reproductive Fitness: Potential Impact of Different Parasite Strains on Vector Population Structure. PLoS Negl Trop Dis 2(3): e192. doi:10.1371/journal.pntd.0000192

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關於作者

研究昆蟲的人,腦袋不時地轉來轉去,對於這個世界充滿好多想像與疑問。