免疫系统抵抗肠道内细菌、病毒和其他入侵因子的能力因人而异。然而,发生这种情况的生物学机制尚不清楚,但至少部分差异可以用遗传因素来解释。
现在,EPFL 生物工程研究所的科学家们在基因组生物学上发表了两篇论文,这些论文在揭示遗传学影响生物体对入侵的肠道病原体产生免疫反应的能力的机制方面取得了重大进展。该研究由 EPFL Bart Deplancke 研究小组的 Michael Frochaux 和 Maroun Bou Sleiman 进行。
由于明显的伦理原因,这种现象很难在人类身上进行研究。因此,科学家们转向了果蝇 Drosophila melanogaster,因为它与人类对抗肠道感染的许多生物学途径相同。
科学家们研究了一大批遗传上不同的果蝇品系,这些果蝇品系在抵抗严重病原体 Pseudomonas entomophila 的肠道感染能力方面差异很大。为了更好地了解这种变异的分子起源,研究人员从每条蝇系中分离出受感染的内脏,并使用多种组学方法对其进行了探索。
在第一篇论文中,研究人员表明肠道感染会改变 RNA 剪接,从而影响信使 RNA (mRNA) 的产生,信使 RNA (mRNA) 是基因到蛋白质过程中的关键分子。具体来说,感染似乎会延长几种 mRNA 的一端。
“就好像生物体打算在这些 mRNA 中添加更多信息,然后可以利用这些信息进一步微调整体肠道免疫反应,”Deplancke 说。mRNA 长度的变化似乎是通过一种叫做 Lark 的蛋白质介导的,它与 RNA 结合形成一个参与基因表达的复合物。当这种复合能力丧失时,果蝇从严重的肠道感染中恢复的能力就会降低,这清楚地证明了这一过程在肠道免疫中的重要性。
第二篇论文报告了一些遗传变异的发现,这些变异会改变感染后肠道中的基因表达水平。一个特定的变体可能与感染抵抗力的变化直接相关,因为它调节了一种叫做胡桃夹子的基因的表达水平。与抗性较低的飞线相比,抗性较高的飞线表现出更高的胡桃夹子表达。
“这项研究提供了一个有趣的例子,说明基因组非编码部分的变异如何仍然严重影响身高或疾病易感性等复杂性状,”Deplancke 说。“在这种情况下,这包括肠道免疫能力,因此我们需要考虑整个基因组,而不仅仅是它的基因。”