【Nature Microbiology】宿主-寄生虫-病毒三联征
文摘
2024-09-28 08:00
四川
过去几年，全球对RNA病毒群落的生态多样性有了觉醒，这在很大程度上得益于测序技术的进步。现在可以对成千上万的生物进行病毒基因组探索，提供了大量的序列数据供挖掘。无脊椎动物，如昆虫、自由生活的线虫和寄生蠕虫（蠕虫）在大规模元病毒组学研究中是最近病毒发现的重要来源。在本期《Nature Microbiology》杂志中，Quek等人的研究报道了使用公开可用的转录组数据，这些数据来自41种引起人类和家畜疾病的寄生线虫，用于病毒发现。多种寄生线虫具有很高的临床相关性，因为它们与世界上最贫困地区的巨大疾病负担有关，有十亿人处于风险之中。例如，与皮肤病和失明（盘尾丝虫病）相关的丝虫Onchocerca volvulus；以及布鲁尼亚线虫，淋巴丝虫病的病原体。在这项研究之前，只在医学上重要的寄生线虫中鉴定出了少数病毒。Quek等人的深入研究依赖于检测RNA病毒中唯一保守的基因标记：RNA依赖的RNA聚合酶（RdRp）。选择大于1000个碱基对的序列以避免错误匹配，并将这些序列与测序数据库中近缘病毒进行比较。这种方法鉴定了86种以前未描述的病毒，这些病毒可能被归类为24个病毒家族的成员。其中最具代表性的是Totiviridae家族——一个包括感染其他人类寄生虫如原生动物Giardia、Leishmania和Trichomonas的成员的家族，但之前未在寄生线虫中发现。在Nematoda的寄生成员中检测到病毒多样性并不奇怪，但这在临床上具有相当的重要性。“虫子里的虫子”概念为多尺度宿主-寄生虫感染中的新动态打开了大门。病毒发现研究通常受到缺乏验证的困扰，这种验证将病毒序列读数与复制病毒联系起来。Quek等人的研究通过对比尔菲亚和O. volvulus及其各自的病毒，布鲁尼亚线虫RNA病毒1（BMRV1；Togaviridae家族中唯一的阿尔法病毒）和Onchocerca volvulus RNA病毒1（OVRV1；Rhabdoviridae家族的狂犬病病毒）进行了强有力的验证。在这两种情况下，作者都确认了寄生虫与其病毒之间的积极互动。来自蠕虫的小RNA表达谱表明RNA干扰反应，这表明成年B. malayi蠕虫激活了针对复制病毒的先天免疫反应。此外，在培养的蠕虫上清液中检测到BMRV1，表明病毒正在积极释放。在缺乏O. volvulus实验室模型的情况下，使用逆转录聚合酶链反应（RT–PCR）和来自危地马拉、喀麦隆和马里的成年蠕虫的西方印迹分析验证了OVRV1的存在和复制。在这两种寄生虫中，荧光显微镜确认了病毒粒子的定位。BMRV1和OVRV1在蠕虫的角质层中被检测到，雌性生殖道中观察到额外的强烈信号。这些病毒在雌性宿主寄生虫的生殖器官中的存在指向了病毒的垂直传播，尽管这需要确认。显然，通过数据挖掘在这项研究中检测到的病毒是寄生生命周期中的积极参与者。在病毒在蠕虫中复制，蠕虫在哺乳动物中，病毒对更大的哺乳动物宿主的免疫影响尚不清楚。建立病毒与人类之间的直接关系很困难，但OVRV1在O. volvulus感染或暴露的人类中抗体的高流行率表明他们的免疫系统直接暴露于蠕虫病毒。尽管血清学检测呈阳性，但病毒是否直接参与发病机制仍不清楚。寄生虫和病毒可能会协同致病。这种类型的相互作用已经观察到Leishmaniavirus，表明在治疗策略中也应该考虑病毒。多微生物发病机制以前已经在携带沃尔巴克氏体的几种丝虫科成员中报道过，沃尔巴克氏体是一种细胞内细菌共生体，与宿主细胞的细胞质成分相互作用，对蠕虫生存至关重要。沃尔巴克氏体被认为在淋巴丝虫病的发病机制中发挥作用。需要进一步的研究来确定这项研究报告的病毒是否以类似沃尔巴克氏体的方式行事，它们是否可以与内生菌共感染相同的细胞，如果可以，它们的互动水平如何。沃尔巴克氏体和报告的病毒的荧光染色并不表明一致的共定位，但并不排除这种可能性。这种机制的发现可以用于治疗由这些病毒的寄生虫宿主引起的疾病。这项研究中检测到的病毒数量对于通常报告数千个新病毒序列的大规模元病毒组分析来说很低。然而，这与之前的寄生线虫筛查努力一致，病毒与宿主的比例似乎更为适中。问题仍然是这是否是由于检测效率低下，还是因为病毒在蠕虫中多样化更为困难。这项研究中鉴定的病毒可能是真实存在的病毒多样性的低估。限制更深入地观察多样性景观的局限性包括使用现有数据集，因为产生蠕虫测序数据的研究并未针对病毒粒子富集进行优化。此外，用于从转录组数据中组装和识别病毒序列的方法涉及对读取物的参考映射，这本身就意味着遗传上更多样化的病毒会被遗漏。最后，基因组组装是在每个样本的基础上进行的，代表性不足的病毒可能会被遗漏，因为目标基因不会达到（相对较大）的组装大小阈值。一个更强大的但计算上更密集的方法将涉及跨样本基因组组装——例如，使用国家生物技术信息中心的序列读取档案（NCBI SRA）中的数据。尽管有局限性，这项研究代表了在识别新的病毒-寄生虫相互作用方面得到了很好的验证，并为未来的研究留下了很多空间。可能存在复杂的动态，其中寄生虫共生体如沃尔巴克氏体与寄生虫病毒在哺乳动物宿主、蠕虫、细菌和病毒之间的四方关系中相互作是这类研究的起点是病毒发现，通过验证病毒复制和哺乳动物宿主的免疫反应来加强。
