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单细胞真菌通过融合宿主中的细胞而繁殖

2019-01-16 11:36:07 • 来源：

Microsporidia引起腹泻，一种称为微孢子虫病的疾病甚至在免疫受损的个体中死亡。尽管存在广泛的医学问题，但科学家们还不确定这些单细胞真菌如何在人或动物细胞中繁殖。但在一项采用透明蛔虫的研究中，加州大学圣地亚哥分校的生物学家成功地直接观察了这些微生物如何复制和传播。而他们看到的让他们感到惊讶。

单细胞真菌通过融合宿主中的细胞而繁殖

加州大学圣地亚哥分校的生物学家在本周的“ 自然微生物学 ” 杂志上报告说，微孢子虫将它们的动物宿主的细胞融合在一起，这样它们就可以在它们宿主的未受感染的细胞中繁殖并迅速传播。“病毒和细菌已经被证明可以将宿主细胞融合在一起，以促进感染的传播，”负责这项研究的生物学教授Emily Troemel说。“但这是我们第一次看到这种真核病原体感染模式，这是一种单细胞生物体，具有独特的含有遗传物质的细胞核。”

“就像微孢子虫已经发现的那样，就像在城市战争中战斗的士兵一样，通过一个共同的墙进入相邻的房屋而不是通过每个房子的前门进入挨家挨户更容易和更安全，” Troemel。微孢子虫通常存在于动物和人的肠道中，其由数百万个细胞组成。这就是为什么之前研究他们的生殖方式如此困难的一个原因。

“我们经常不知道病原体侵入的地方或它们如何从一个细胞传播到另一个细胞，”在Troemel实验室工作的研究生，该论文的第一作者Keir Balla解释道。“这部分是由于体内细胞排列复杂。由于肠道由数百万个细胞组成，因此几乎不可能分辨出哪个肠道细胞首先被入侵或感染能够传播的程度。”可以阻止有效的治疗。“

虽然一些化合物已被用于治疗微孢子虫感染，但没有一种被证明是有效的，导致人类和动物的广泛感染。最近在捷克共和国进行的一项研究发现，大约有一半的人口感染了已知感染人类的​​14种微孢子虫中的至少一种。

“这是一个未被重视的医疗问题，因为检测微孢子虫的难度很大，”特罗梅尔说。

Balla和Troemel的实验室研究生Robert Luallen和博士后研究员Malina Bakowski的另外两名科学家使用小蛔虫秀丽隐杆线虫来弄清微孢子虫如何从单一感染中复制出来。蠕虫不仅透明，允许研究人员直接观察过程，但它有一个非常简单的肠道。

“这种蠕虫的整个身体大约比单根人睫毛短10倍，而它的肠道只有20个细胞，”巴拉说。“尽管蠕虫和人类之间的肠道细胞数量存在巨大差异，但它们的肠道结构非常相似。这意味着微孢子虫感染在人类和蠕虫细胞中的传播可能存在相似之处。”

通过用红色荧光染料标记微孢子虫的RNA并用绿色标记肠细胞的膜，研究人员能够在一个肠细胞中显微追踪一个微孢子虫细胞的单一感染，因为它在两天内复制了超过50,000个个体并走遍了所有20个肠道细胞。因此，一个寄生虫细胞可以复制以最终取代整个肠器官。

“在观察活体蠕虫中的这些感染时，我们看到微孢子虫通过将邻近的肠道细胞融合在一起而生长并扩散到最初侵入的细胞之外，”Troemel说。“这个过程持续穿过所有的肠道细胞，直到整个肠道的大部分融合成一个充满微孢子虫的巨大细胞。”

当研究人员用微孢子虫感染蠕虫的肌肉细胞时，发生了同样的过程。入侵者将细胞融合在一起形成一个连续的结构，这表明在肠道细胞中使用相同的繁殖微孢子虫模式发生在它们感染的许多其他类型的动物细胞中 - 包括人类。

“我们在这项研究中观察到，单个微生物可以将许多宿主细胞融合为一个，这应该为其他科学家设计更有效的微孢子虫感染治疗方法提供见解，”Balla说。“由于这些病原体仍隐藏在宿主细胞内，因此需要设计治疗方法，将药物或其他药物传递给这些细胞内区域。”

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