许多生物体对致命病原体的气味作出反应，本能地避开它们。但加州大学伯克利分校最近的一项研究表明，秀丽隐杆线虫也会对致病细菌的气味作出反应，通过准备肠道细胞来抵御潜在的攻击。

和人类一样，线虫的肠道也是致病细菌的常见目标。线虫的反应是破坏含铁的细胞器，即产生细胞能量的线粒体，以保护这一关键元素免受窃取铁的细菌的侵害。铁是细胞中许多酶促反应的关键催化剂——特别是人体能量货币ATP(三磷酸腺苷)的产生。

这项研究的资深作者、加州大学伯克利分校分子和细胞生物学教授兼霍华德休斯医学研究所(HHMI)研究员安德鲁·迪林(AndrewDillin)表示，秀丽隐杆线虫对微生物产生的气味产生的这种保护性反应表明，包括哺乳动物在内的其他生物的肠道细胞可能也保留了对病原体气味做出保护性反应的能力。

“病原体是否真的会散发出某种气味，让我们能够闻到这种气味，并帮助我们抵抗感染?”他说。“我们一直试图在老鼠身上证明这一点。如果我们真的能弄清楚人类闻到病原体的味道，然后保护自己，那么你可以设想未来会出现一种类似保护病原体的香水。”

然而，到目前为止，只有秀丽隐杆线虫有这种反应的证据。然而，考虑到线虫是实验室中研究最彻底的生物之一，这一新发现还是令人惊讶的。生物学家已经统计并追踪了该生物从胚胎到死亡的每一个细胞。

“新颖之处在于，秀丽隐杆线虫在遇到病原体之前就已经做好了应对病原体的准备，”最近获得加州大学伯克利分校博士学位的朱利安·迪沙特(JulianDishart)说道，他是这项研究的第一作者。“还有证据表明，除了这种线粒体反应之外，可能还有很多其他反应，可能仅仅通过闻到细菌气味就会引起更广泛的免疫反应。由于嗅觉在调节生理和新陈代谢方面在动物中是保守的，我认为嗅觉在哺乳动物身上发挥的作用与秀丽隐杆线虫身上的作用完全可能相似。”

一群线虫，C.elegans，在激活嗅觉回路以感知细菌后。每只线虫内的细胞，特别是肠道细胞，发出绿色荧光，表明它们的线粒体已启动应激反应，为细菌的攻击做准备。图片来源：加州大学伯克利分校的JulianDishart和AndrewDillin

线粒体相互沟通

迪林是研究神经系统压力如何引发细胞保护性反应的先驱，特别是激活一套基因，这些基因可以稳定内质网中产生的蛋白质。他说，这种激活，即所谓的未折叠蛋白反应(UPR)，“就像是线粒体的急救箱”。

线粒体不仅是细胞的动力源，燃烧营养物质获取能量，而且在信号传导、细胞死亡和生长中发挥关键作用。

迪林已经证明，UPR网络的错误会导致疾病和衰老，并且一个细胞中的线粒体压力会传递到全身细胞的线粒体。

然而，谜题中缺少了一个关键部分。如果神经系统可以通过神经元网络将压力传递给每天进行蛋白质构建和代谢工作的细胞，那么环境中的什么会触发神经系统呢?

迪林说：“我们的神经系统进化到能够从环境中获取线索，并为整个生物体创造体内平衡。朱利安实际上发现嗅觉神经元正在获取环境线索，以及病原体中的哪些类型的气味会引发这种反应。”

迪林实验室以前的研究工作表明嗅觉在哺乳动物新陈代谢中的重要性。他发现，当老鼠失去嗅觉时，它们在吃的食物量与正常老鼠相同的情况下体重增加较少。迪林和迪沙特怀疑，食物的气味可能会引发一种保护性反应，就像对病原体的反应一样，目的是让肠道做好应对摄入外来物质并将食物转化为能量的破坏性影响的准备。

“从进化的角度来看，战胜感染是人类最重要的事情，”迪林说。“而我们每天最危险、最费力的事情就是吃饭，因为食物中可能含有病原体。”

“当你吃东西时，也会感到非常紧张，因为身体在代谢食物的同时，也会从吸收的营养物质中产生线粒体中的ATP。ATP的产生会产生一种叫做活性氧的副产物，这对细胞非常有害，”迪沙特说。“细胞必须应对活性氧的增加。所以也许闻到食物的味道可以让我们做好准备，应对活性氧的增加。”

迪林进一步推测，线粒体对致病细菌气味的敏感性可能是线粒体作为独立生存的细菌的时代遗留下来的，大约20亿年前，它们被整合到其他细胞中作为发电厂，成为真核生物。真核生物最终进化为具有分化器官的多细胞生物——所谓的后生动物，如动物和人类。

“有很多证据表明，细菌以某种方式感知周围环境，尽管我们并不总是清楚它们是如何做到的。这些线粒体在被纳入后生动物之后，保留了其中的一个方面，”他说。

在对秀丽隐杆线虫的实验中，迪沙特发现病原体的气味会触发抑制反应，从而向身体的其他部位发出信号。当他切除线虫的嗅觉神经元时，这一点变得清晰起来，他发现所有外周细胞(主要是肠道细胞)都表现出受到威胁的线粒体的典型应激反应。这项研究和其他研究还表明，血清素是将这些信息传递到全身的关键神经递质。

迪林和他的实验室同事正在追踪从嗅觉神经元到周围细胞的神经回路以及沿途所涉及的神经递质。他正在寻找小鼠的类似反应。

“我讨厌生病。我想，‘身体，你为什么不做好更充分的准备?’只有在感染后才启动反应机制，这似乎很愚蠢，”迪林说。“如果有更早的检测机制来增加我们生存的机会，我认为这是一个巨大的进化胜利。如果我们能从生​​物医学上利用这一点，那就太疯狂了。”

版权说明：本站所有作品图文均由用户自行上传分享，仅供网友学习交流。若您的权利被侵害，请联系我们

标签：