科学家尝试理解真菌与宿主间作用机理

作者: 科技中心  发布:2020-03-25

寄生最高境界:操纵大脑 科学家尝试理解真菌与宿主间作用机理

是不是动物身上都会容易有寄生虫?而对于科学家而言,说猫身上的寄生虫会容易引发人类的精神分裂,而这个是否是真的呢,,那么猫身上的寄生虫会引发主人精神分裂症吗到底如何?下面一起来看看吧。

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僵尸蚂蚁 图片来源:DAVID HUGHES

猫身上的寄生虫会引发主人精神分裂症吗

Austin Shelley Adamo是加拿大哈利法克斯市戴尔豪斯大学的一名生态免疫学家,当她最初将以蟋蟀为食的蜥蜴放入蟋蟀笼子里时,仅仅是想吓唬一下后者,以便弄清蟋蟀的免疫系统在面对压力时会产生何种反应。此时一个令人意外的情况发生了。蟋蟀从蜥蜴身上获得了某种病毒,变得更加活泼好动。雄性更渴望与雌性交配,这对病毒的传播十分有利。Adamo在近日召开的整合及比较生物学会年会上报告了这一发现。

猫身上寄生虫可控制人的大脑?

越来越多的寄生虫被研究者发现,而Adamo的研究结果使它们的种类变得更加丰富。蟋蟀实验的案例说明,某种病毒会通过操纵宿主的行为提高自身生存和传播的机会。当扁形虫寄宿在鳉鱼身上时,鳉鱼的两侧会在太阳光照下发亮,从而吸引苍鹭等食鱼鸟类前来捕食,扁形虫借此感染鸟类引发禽流感;蟑螂在被寄生蜂叮咬后将变成寄生蜂的“奴隶”,它会自行爬到藏有寄生蜂幼虫的洞中成为幼虫的食物;老鼠在感染原生动物弓形虫后,会变得不那么惧怕猫,而猫才是弓形虫繁衍的真正宿主。丹麦哥本哈根大学寄生虫学家Brian Fredensborg说:“我们在持续探索还存在着哪些操纵行为的情况。”

可控制人类大脑的猫窝寄生虫

太阳成集团,现在,Adamo、Fredensborg及其他研究者正在尝试理解这些寄生虫是如何操纵宿主大脑的。Fredensborg说:“我们已经从发现操纵行为的阶段,进入到一个专注于作用机理的新阶段。但还有很多是我们所不知道的。”

猫窝中的寄生虫可以让人成为大脑被控制的奴隶。这种说法不是危言耸听,更不是笑话,因为就存在这样一种可怕的寄生虫--弓形虫(Toxoplasma gondii)。这种寄生虫是猫科动物的肠道球虫,可以让猫主人大脑神经细胞之间的连接发生变化,进而影响他们的感觉和行为,甚至可能会导致精神分裂。正是这种寄生虫会导致弓形体病,会对胎儿大脑造成严重损害,这就是为什么不赞成怀孕妇女接近猫和猫窝的原因。被感染这种寄生虫的老鼠都表现出怪异的行为,它们开始极易被猫尿所吸引,并到处快速乱跑以吸引猫的注意。但是,研究人员目前仍不清楚这种寄生虫改变人类行为的机制。

Adamo发现,病毒会侵占昆虫的脂肪体。脂肪体是蟋蟀体内蛋白质的最主要生产源,能储藏其他营养,加剧免疫反应。Adamo与同事还发现,脂肪体表层会覆盖一层具有光泽的病毒颗粒,使得脂肪体成为病毒完成复制的大本营。这导致脂肪体无法再生产蛋白质和其他维持生殖器官健康所必需的分子,雌性蟋蟀将不再分泌卵子,而雄性蟋蟀的精子也会受到损害。Adamo说:“它们将无法繁殖。”但感染病毒后,雌性和雄性的性吸引力都大大增强,其中雄性求偶次数是健康蟋蟀的2倍。

寄生虫控制了大脑引发精神分裂吗?!

Adamo希望能鉴别出这种由寄生虫发出的可导致蟋蟀更多性行为的分子信号。此外,感染病毒后,宿主体内通常会出现可导致宿主失去食欲、嗜睡的炎性分子,而这种分子信号能抑制炎性分子对宿主的影响,Adamo认为这是性传播寄生虫的普遍特性。

你可知道全世界一半数量的人口都被弓形虫感染了!它可能就在你的体内,甚至已经侵入了大脑!请你一定记住这个震撼的数据。

而美国宾夕法尼亚州立大学帕克分校博士后Charissa de Bekker着眼于一种名为偏侧蛇虫草菌的真菌。这种真菌能感染木蚁,并最终使得宿主离开蚁群,爬上一棵大树,咬住小枝的下方或树叶的下方,然后死去。宿主以这种姿势死后能够使真菌孢子掉落地面,继而感染其他蚂蚁。19世纪中期,与达尔文同一时代的Alfred Russel Wallace认为,这种真菌是从蚂蚁脑部生长出来的,直到2009年这一行为操纵现象才被宾夕法尼亚大学生态学家David Hughes所发现。

弓形虫是在猫身上发现的一种极为普遍的寄生虫。弓形虫会在中间寄主老鼠的体内和大脑里结成卵囊,猫吃掉了携带有弓形虫卵的老鼠而最终感染的。

De Bekker在年会上报告称,很难弄清这种真菌是如何操纵木蚁的。首先必须弄清如何在实验室中培养这种真菌及它的近亲,还必须培育出两种感染真菌的蚂蚁组织——大脑和肌肉,进而观察寄生虫究竟是通过大脑还是肌肉操纵宿主的。

我们知道,猫一般不吃死老鼠等腐烂的东西,所以弓形虫在进化的过程中迈出了很大的一步,它们学会了做安分守己的寄生虫放老鼠一条生路,让它们活蹦乱跳、健健康康的。是这样的吗?

为了弄清这一问题,De Bekker和Hughes将目光投向由这种真菌分泌的分子上。她们选取两组蚂蚁,一组是对寄生虫操纵有抵御能力的品种,另一组则是易受寄生虫操纵的品种,将两者进行对比研究后发现:约70%的真菌蛋白质和其他代谢物存在于自杀的蚂蚁身上,这意味着真菌蛋白质是将蚂蚁变成“僵尸”的关键因素。

牛津大学的科研人员发现被弓形虫感染之后的老鼠大脑会发生很微妙的变化。经过一系列的研究实验,科研人员已经证明一个有趣的现象:完全健康的老鼠在正常情况下会对有猫尿的区域十分谨慎,从不靠近那股味道;而被弓形虫入侵大脑的老鼠则会认为猫尿有一种非常美妙的味道,这一改变这无疑加快了它们送死的步伐。

De Bekker通过使用质谱分析法鉴别出一些可能操纵宿主大脑的分子。一种是鞘氨醇,它是神经信号分子的一部分,可能影响蚂蚁的神经系统。另一种是γ胍基丁酸,与一种致命的有毒蘑菇有关。

事实上,感染弓形虫病毒的老鼠总是不断的主动寻找猫尿的气味,也就是说,弓形虫为了自己的利益而改变了老鼠的大脑活动,进而影响着老鼠的行为。

De Bekke、Hughes及同事还开始检查这种真菌的基因活动在感染过程中是如何改变的。初次感染真菌的蚂蚁行为如常,但随着真菌的生长,它将逐渐替代蚂蚁的大脑,这一过程可能是在鞘氨醇的帮助下完成的,最终导致自杀行为的发生。

现在问题来了,既然弓形虫能够改变老鼠的大脑,那么人类被它入侵之后是否也被其操纵控制了呢?

虽然De Bekke等人的研究表明寄生虫会操纵宿主的行为,使之向着对自身有利的方向发展,但一些研究者对此持怀疑态度,他们认为缺乏决定性的证据支持这一观点,且这一过程的作用机理还不清楚。美国加利福尼亚大学戴维斯分校寄生虫学家Kelly Weinersmith认为,虽然寄生虫会改变宿主行为,但这需要时间。Weinersmith说:“尽管你们已经有了很多发现,但这一过程很可能是多个作用机理共同影响的结果。”

史丹利科学研究中心(Stanley Medical Research Institute)试验研究所的副董事E. Fuller Torrey博士发现了弓形虫与人类精神分裂病症之间的联系,并指出大约有30多亿精神病患者都感染了弓形虫病毒:

此外,许多与会研究者认为,有很多例子可以否定寄生虫对宿主行为的影响。美国柯林斯堡市科罗拉多州立大学行为生物学家Janice Moore说:“寄生虫能改变宿主的互动行为,这是毫无疑问的。但要真正弄清这一过程,我们仍有很长的路要走。”

*感染弓形虫之后会对星形细胞和围绕在神经元附近的神经胶质细胞造成损害,一旦星形胶质细胞遭到破坏,就极可能触发精神分裂症。

《中国科学报》 (2014-01-20 第3版 国际)

*怀孕妇女感染弓形虫之后体内抗体水平增高,但这种情形之下出生的小孩患有精神分裂症的几率会明显增加。

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*在细菌培养皿中培养出来的人类细胞被弓形虫感染后会对氟哌啶醇作出反应,让弓形虫停止生长,而氟哌啶醇是一种强安定药,用来治疗精神分裂症。

Torrey博士与牛津大学的研究者进行合作,想找到某种方法来解救那些被寄生虫控制之后整天徘徊在猫尿附近自投罗网的老鼠。根据最近他们对外发表的研究成果,治疗精神分裂症的安定药氟哌啶醇能有效唤醒老鼠对于猫尿气味的恐惧之感。事实上,专门治疗精神病的一些药物,比如乙嘧啶都能有效的抵抗弓形虫。

像弓形虫这样的寄生虫真的可以比较精确的掌控人类的行为吗?就如我们看到的,不少科幻小说作家早已提前思考了这个问题,他们猜想寄生虫能够精确的控制人类的整个行为。美国现代科幻小说之父Robert Heinlein1951年发表的小说《异形杀机》(The Puppet Masters)就畅想外星寄生虫侵入人体后释放神经化学物质以控制人类大脑的故事。在这样的背景下,男主角自愿让寄生虫进入体内,因为只有这样才能与之进行交流。

我们知道这些科幻小说里的情节并不真实,但还是忍不住想知道寄生虫有没有能力来控制人类呢,就像以下这些寄生虫控制寄主一样?

*蚂蚁体内的一种寄生虫双腔吸虫会强迫记住爬向草叶的顶端,那里对于蚂蚁来说是更容易被抓住吃掉的地方。这样做是因为这种寄生虫需要进入食草动物的肠子来完成生命循环。

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