弓形虫是一种导致弓形虫病的寄生虫，弓形虫病是一种终生慢性感染，大约 30% 的人类人口都患有这种病。它对健康人危害不大，但对免疫功能低下的人会造成严重后果。如果在怀孕期间感染，这种寄生虫会穿过胎盘，导致发育中的胎儿出现视网膜或神经问题，严重的情况下甚至可能导致死亡。

目前尚无针对弓形虫感染的疫苗，并且该寄生虫影响宿主细胞代谢的生物学机制仍未得到充分研究。

在《mBio》杂志上发表的新研究中，莫格里奇的研究人员首次利用光学代谢成像(OMI)的技术描述了弓形虫感染如何在感染过程中改变宿主细胞代谢。

助理科学家吉娜·加列戈·洛佩兹 (Gina Gallego-Lopez) 是莫格里奇博士后研究员项目的校友，也是这项研究的第一作者，她领导了她的联合顾问、莫格里奇生物医学成像研究员梅利莎·斯卡拉 (Melissa Skala) 和威斯康星大学麦迪逊分校医学微生物学和免疫学教授劳拉·诺尔 (Laura Knoll) 之间的合作。

Knoll 实验室专注于研究弓形虫和其他相关寄生虫，如弓形虫，而 Skala 实验室则开发 OMI 等生物医学成像工具来监测细胞活动。

“我有研究寄生虫的经验，但光学领域对我来说还是个新领域，”加列戈-洛佩兹说。“我想尝试对弓形虫进行成像，看看它是如何影响宿主细胞的新陈代谢的，最好的选择是使用 OMI，因为它是非侵入性的。”

非侵入性方法对于观察实时变化非常重要。OMI 允许研究人员通过检测细胞中已经存在的荧光活性来监测活细胞内的新陈代谢。无需固定或染色最终会杀死细胞的样本即可完成此操作。

在这项研究中，研究人员观察了氧化还原生物学的变化，以代谢物 NAD(P)H 和 FAD 的化学活性来衡量。他们发现，在 48 小时的感染过程中，受感染的宿主细胞氧化程度增加，NAD(P)H 平均寿命增加。这一结果表明，寄生虫可以从根本上改变宿主细胞的新陈代谢。

此外，他们证实了葡萄糖、乳酸和 ROS 生成水平的代谢变化——所有这些因素都与受感染细胞的氧化还原生物学变化有关。

“这种寄生虫需要能量才能复制——我们发现这些变化在感染早期有所不同，葡萄糖增加，而感染后期则随着时间推移而减少，氧化还原比也降低，”Gallego-Lopez 说。“因此，我们可以第一手了解感染弓形虫的细胞在氧化还原生物学层面上的情况。”

Gallego-Lopez 还对与“亲吻和吐痰”机制相关的代谢变化感到好奇，弓形虫在完全入侵之前会与宿主细胞表面相互作用。

“一个细胞可能被感染，而它周围的细胞却没有;看起来寄生虫会‘亲吻’这些细胞，然后注入一些蛋白质——亲吻和吐出，”她说。“令我们惊讶的是，我们能够看到与完全感染类似的变化。所以，看起来寄生虫的一个简单的‘亲吻’就足以诱导宿主细胞的变化。”

虽然仍有许多问题需要解答，但 Gallego-Lopez 表示，OMI 是此种情况下的完美工具，因为它可以准确测量非常小的变化。在将 OMI 数据和代谢组学数据与基因表达分析关联后，下一步包括进一步研究这些途径中涉及的遗传靶标。

“我们需要详细了解具体基因或具体蛋白质，以便能够设计出更好的疫苗开发或药物治疗目标，但首先我们需要了解感染导致的宿主变化，”Gallego-Lopez 说。

最终，加列戈-洛佩兹希望建立自己的实验室，继续研究弓形虫和隐孢子虫等顶复门寄生虫，后者与结直肠癌有关。

“我想了解这些寄生虫如何诱导宿主的变化，从而随着时间的推移诱发癌症，”她说。“我正在使用弓形虫作为模型来了解这些变化，以便以后能够应用于隐孢子虫。这是我的目标。”

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