人紅細胞中處於環狀期的惡性瘧原蟲。
近日，來自美國德克薩斯大學西南醫學中心（UTSW）的科學家們在《科學》雜誌上發表論文稱，導致瘧疾的瘧原蟲的周期性活動是由其自身固有的生物鐘驅動的。這一發現可能有助於開發出治療這種致命疾病的新方法。
根據世界衛生組織的統計，全世界每年有2億多人感染瘧疾，40多萬人死於這種疾病。科學家們早就知道，在所有瘧原蟲同時破壞宿主的紅細胞時，會引起周期性發熱，其時間間隔具體取決於感染的宿主種類，在人類中為每2~3天發生一次。「這些現象表明，瘧原蟲似乎有時間感，但這種日常節律的原因一直是個謎。」研究負責人Joseph S. Takahashi博士說，他是UTSW的神經科學主席，也是霍華德·休斯醫學研究所的研究員。
儘管主流理論認為瘧原蟲的周期性活動是依賴於宿主的，但研究生物鐘的Takahashi等人懷疑，瘧原蟲有自己的內部生物鐘來驅動這種行為。為了研究這一假設，博士後研究員、霍華德·休斯醫學研究所的副研究員Filipa Rijo-Ferreira博士對感染了夏氏瘧原蟲的瘧疾小鼠模型進行了研究。與人類患者一樣，小鼠在感染瘧原蟲後也會周期性發熱，大約每天一次。
為研究瘧原蟲的周期性活動是否受到驅動人類和其他動物晝夜節律的光照周期的影響，研究人員讓一組受感染的小鼠待在模擬規律晝夜循環的環境中（光照12小時，黑暗12小時）；另一組受感染的小鼠則待在完全黑暗的地方。研究人員連續三天收集了這些小鼠的血液，並檢測了血液中瘧原蟲基因的表達。
結果發現，在瘧原蟲血液感染期表達的5244個基因中，超過80%的基因在兩種光照條件下都具有相同的周期表達模式，兩組小鼠的基因活動會在同一時間以相同的強度達到頂峰，這表明，驅動宿主生物鐘的光照信號並不影響瘧原蟲的周期性活動。
為了探究瘧原蟲的生物鐘是否獨立於宿主的生物鐘運轉，研究人員觀察了瘧原蟲在基因突變小鼠（晝夜節律變為26個小時）體內的基因活動。結果表明，瘧原蟲似乎減緩了細胞周期來配合宿主。然而，這種匹配並不完美，瘧原蟲的基因表達需要幾天時間才能趕上宿主的生物鐘。這些發現表明，儘管瘧原蟲似乎會受到宿主生物鐘的一些影響，但它仍然按照自己的生物鐘運行。Rijo-Ferreira說：「這是一個非常令人興奮的結果，因為我們首次發現了瘧原蟲不僅會匹配宿主，而且還有自己的生物鐘。」
進一步的實驗表明，有節奏的進食時間（另一個驅動動物生物節律的外部因素）對瘧原蟲的周期性基因活動也並非是必需的。即使是在生物節律完全被破壞的小鼠宿主內，瘧原蟲的周期性活動也持續存在。但這種節律會隨著時間的推移逐漸變得紊亂。這些發現表明，儘管瘧原蟲個體受自身生物鐘的驅動，但它們需要來自宿主的外部信號來進行同步。研究人員建立的數學模型也支持這一觀點。
Takahashi指出，我們需要進一步的研究來確認瘧原蟲的周期性行為。他說：「確定這一現象背後的機制可能會為治療瘧疾提供新的靶點，我們可以打亂瘧原蟲的生物節律，或者找到周期中瘧原蟲特別脆弱的時間進行攻擊。這可能會為治療這種致命疾病的方法增加一個全新的維度。」
科界原創
編譯：花花
審稿：阿淼
責編：張夢
期刊來源：《科學》
期刊編號：0036-8075
原文連結：
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-05/usmc-ttb051420.php
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