图片来源：Pixabay 原作 Dan Robitzski 蝙蝠是极其不寻常的生物。它们是唯一具有飞行能力的哺乳动物；这种与众不同的生物适应了从蚊子到水果再到血液的各类食物。而且，正如对 COVID-19 疫情起源的调查所示，它们可以携带无数对其他哺乳动物具有威胁或可能致命的病毒，而自己却不会生病。 根据 11 月 23 日发表在《科学进展》（Science Advances）上的研究，蝙蝠作为“病毒库”的生存能力可能部分源于其独特的基因突变，包括编码抗病毒蛋白——蛋白激酶 R（PKR）的基因重复。这项研究表明，该基因的第二个拷贝源于一场持续进化的 "军备竞赛"，结果导致蝙蝠在其进化史中对各种病毒的广泛适应，并表现出了免疫性。 研究合著者、美国犹他大学（University of Utah）和霍华德·休斯医学研究所（HHMI）的遗传学家Nels Elde通过电子邮件告诉《科学家》（The Scientist）：“对我来说，最大的惊喜是一些蝙蝠基因组中额外的 PKR 拷贝。更酷的是，新的证据表明这些拷贝能够分化，并且不易受到病毒编码的PKR抑制剂的影响。看起来两个 PKRs 可能比一个更好。” 研究人员开始确定蝙蝠之间的遗传相似性，以及蝙蝠和其他脊椎动物之间的差异如何影响它们的病毒免疫力。具体来说，他们在基因组中搜索了编码 PKR 的序列。研究报告的共同作者、法国里昂第一大学（Bernard University Lyon 1）的进化生物学家 Stéphanie Jacquet 在一封电子邮件中解释说，研究小组选择该基因进行比较的原因是，它在无脊椎动物中属于保守序列，而且对免疫力有重要影响。 研究人员将目光集中在了 130 多种不同种的鼠耳蝙蝠（Myotis属）中的 33 种，由于文献中蝙蝠基因组的稀缺，他们必须首先完成 15 种蝙蝠的基因组测序和组装。 “我们仍处于对蝙蝠遗传多样性进行采样，并进行现代物种比较研究的早期阶段，” Elde 说。“与此同时，我们必须做一些野外工作，从蝙蝠种群中收集核酸以获得数据集，这能让我们深入了解演化信号，就像在这项研究中发现 PKR 一样。 通过这些基因组数据，研究人员发现编码 PKR 的基因 EIF2AK2 演化迅速，并在蝙蝠进化早期经历了至少一次基因重复事件，以至于他们采样的每种蝙蝠都存在额外的拷贝。他们还发现一些种群具有两个以上的 EIF2AK2 拷贝，或有与 PKR 密切相关、编码其同源产物的序列，这些同源产物具有与 PKR 相同的主要功能，即作为病毒入侵的前线防御，阻止病毒 DNA 和 RNA 翻译。将这些序列与人类、小鼠（Mus musculus）、牛（Bos taurus）和狗（Canis lupus familiaris）的序列进行比较后，团队发现 PKR 基因重复确实是蝙蝠所独有的。 “PKR 在动物中的独特轨迹表明，演化让蝙蝠可以耐受某些病毒。与此同时，演化也让它们得以有效控制病毒感染，以应对过去的致病病毒。”Jacquet 说。 蝙蝠与病毒的军备竞赛 为了测试蝙蝠 PKR 的多种功能，研究人员对酵母进行了基因编辑，以生产多种蝙蝠 PKR 或其直系同源物，然后将细胞暴露于已知的激酶拮抗剂中，这些激酶拮抗剂取自蝙蝠感染的病毒，包括痘病毒、疱疹病毒和正黏病毒。他们发现 PKR 部署了一系列机制来对抗各种病毒，这表明随着时间的推移，当病毒演化到可以对抗蝙蝠现有的防御机制时，蝙蝠也将演化出新型改良版 PKR 作为回应。加州大学洛杉矶分校进化发育生物学家 Alexa Sadier 没有参与这项研究，他解释说，这一发现是“红皇后假说”的一个明确案例，该假说以《爱丽丝梦游仙境》中的一个角色命名，它假设捕食者和猎物之间会发生某种程度上的进化军备竞赛——在此案例中指病毒和它们的宿主——其中一方的适应所施加的选择压力会迫使另一方产生新的压力和适应。“宿主会适应，病毒也会适应，”她说，“这确实符合我们的认知。” Elde 说，在功能上，拥有该基因的多个拷贝允许额外的基因分化，并产生对病毒抑制剂更具抵抗力的蛋白质。几乎就像一个有关进化的烫手山芋游戏，如果病毒阻碍了 PKR 的一个拷贝发挥作用，那么另一个拷贝可能在感染期间更活跃。如果病毒阻挡了另一个，则 PKR 的原始副本可能会更有效。 专家告诉《科学家》，这种机制可以解释为何蝙蝠似乎对如此多的病毒免疫。 “对我来说，这些结果是我对这种可能性机制的又一次惊叹，惊叹蝙蝠为什么如此之酷！美国怀俄明大学（University of Wyoming）动物学家和生理学家 Riley Bernard 没有参与这项研究，他通过电子邮件这样告诉《科学家》。世界上有超过 1400 种蝙蝠，其多样性在哺乳动物中排名第二。所以，自然会有很多疾病随着时间的推移与这些不同的种类共同演化。不仅如此，蝙蝠在觅食类型（从昆虫和花蜜到血液和鱼类！）、体型、繁殖能力、迁徙能力方面也非常多样化。他们演化出这些机制来对抗感染，或最大限度地降低感染引起的发病率和死亡率并不令人惊讶。 近期在美国威斯康星大学麦迪逊分校（University of Wisconsin-Madison）获得博士学位的蝙蝠生物学家 Amy Wray 没有参与这项研究，她也有类似的看法：“由于蝙蝠是一个多样化的群体，并且具有许多独特的特征——从它们的基因组到它们的形态，甚至是它们的行为——所以发现蝙蝠另一种不寻常的适应性并不奇怪（但总是非常令人兴奋）。” 是什么让蝙蝠如此与众不同？ PKR 基因重复的起源，以及它为什么没有发生在其他哺乳动物身上的原因仍是未知的。一个主流假设认为，蝙蝠不寻常的免疫能力可能与使它们区别于其他哺乳动物表亲的另一个决定性特征有关——它们的飞行能力。 “我们认为，由于需要飞行，它们会有不同的生理需求，诸如高能量之类，” Sadier 说。“它们可能因此演化出了不同的东西。” “此外，一些蝙蝠可能比其他哺乳动物更容易出现基因重复，例如它们的转座子比率更高，而我们知道转座子会促进基因重复。”Jacquet 说。 Jacquet 建议：了解宿主-病毒相互作用的机制，特别是在蝙蝠这样突出的“病毒库”中，有助于找到防止病毒从蝙蝠传播到其他物种的新策略。 Bernard 说：“我们已极大程度地改变了环境，所以我们有责任从整体上去思考，不仅仅局限于'保护动物'，而是采取一种健康的方法。健康的生态系统会带来野生动物和人类的健康发展。” 原文链接： https://www.the-scientist.com/news-opinion/duplicated-gene-helps-bats-survive-arms-race-with-viruses-70791蝙蝠以即使存在病毒感染也能保持健康而闻名。现在，研究揭示了它们不寻常的免疫系统是如何演化的。
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