蝙蝠基因組的研究幫助探索免疫對抗病毒和癌症的奧秘
蝙蝠是唯一會飛的哺乳動物,它們的免疫系統非常強大,能保護它們免受對人類有害的病毒的侵襲,並使它們相對不容易患上癌症。冷泉港實驗室的科學家發現,這種免疫力的答案就在蝙蝠的基因裡。透過基因組定序,他們發現蝙蝠經歷了快速進化,使它們能夠比其他哺乳動物更有效地抵抗感染和癌症。
冷泉港實驗室的科學家發現,蝙蝠獨特的基因賦予它們強大的免疫系統,保護它們免受有害病毒的侵襲,並降低它們對癌症的敏感性。他們的發現可以為人類的免疫力和潛在的治療方法提供啟示。
蝙蝠在演化過程中獲得了非凡的特性。它們是唯一會飛的哺乳動物,壽命比其他同體型的動物要長得多。但最令人印象深刻的也許是它們強大的免疫系統。它能保護蝙蝠免受對人類造成嚴重破壞的病毒(如COVID-19 或伊波拉病毒)的侵襲。它還能使蝙蝠相對遠離癌症。怎麼做到的?
根據冷泉港實驗室(CSHL)科學家的研究,這一切都源自於基因。
利用與美國自然歷史博物館的南希-西蒙斯(Nancy Simmons)一起在伯利茲採集的樣本,冷泉港實驗室的W. Richard McCombie 教授和亞當-西普(Adam Siepp)教授發現了蝙蝠的免疫系統。Richard McCombie 和Adam Siepel 以及博士後Armin Scheben 對牙買加果蝠和中美洲偲蝠的基因組進行了定序。當他們把這些序列與其他哺乳動物進行比較時,研究小組發現,快速的進化使蝙蝠的基因組變得更加精簡,以抵抗感染和癌症。麥康比解釋:
「我們不知道免疫系統基因在蝙蝠基因組中是如此積極的選擇。蝙蝠有許多非常不尋常的地方。它們不會像我們一樣對感染做出反應。現在回想起來,這種免疫系統的差異可能與老化和癌症反應有關,這並不奇怪。”
在麥康比實驗室成員薩拉-古德溫(Sara Goodwin)和梅麗莎-克拉默(Melissa Kramer)的幫助下,CSHL博士後阿明-謝本(Armin Scheben)首次完成了牙買加果蝠Artibeus jamaicensis(見圖)和中美洲偲蝠Pteronotus mesoamericanus的基因組序列。圖片來源:McCombie 和Siepel 實驗室/冷泉港實驗室
深入研究蝙蝠基因組
牙買加果蝠和中美洲偲蝠屬於世界上生態多樣性最豐富的哺乳動物超科。McCombie、Siepel和Scheben利用新的牛津奈米孔定序技術為這兩種蝙蝠創造了完整的基因組。然後,他們將這些序列與包括人類在內的其他15種蝙蝠和哺乳動物基因組進行了比較。結果發現,兩種稱為乾擾素-α和乾擾素-omega的發炎蛋白編碼基因的水平發生了未知的變化。
Scheben解釋:「蝙蝠透過脫落產生α幹擾素的基因,降低了免疫系統的警報。這可能是它們對病毒耐受性高的原因。這可以防止過度活躍的免疫反應傷害健康組織–這也是感染對人類造成巨大傷害的原因之一。”
他們還發現,與其他哺乳動物相比,蝙蝠基因組中與癌症有關的基因發生了更多變化,其中包括6個修復DNA的基因和46個抑制腫瘤的基因。Scheben 說:”我們的工作凸顯了免疫和癌症反應是如何深度相互關聯的。同樣的免疫基因和蛋白質在抗癌過程中發揮著重要作用。”
未來研究和影響
McCombie、Siepel 和Scheben 目前正在探索蝙蝠的免疫基因是如何被調控的,以及它們在身體不同部位的表現方式。他們希望他們的工作能為免疫、老化和癌症之間的關聯提供新的見解。也許有一天,他們還能改進治療方法。
Siepel說:”還有很多未知數。最終,我們將盡可能地推進這項工作,然後把接力棒交給疾病專家,努力開發藥物或其他療法。”