Science | 蓝藻能猎杀老鹰？

文摘 2024-10-08 00:00 上海

猎杀老鹰：蓝藻神经毒素引起空泡性髓鞘病

在1994年至1995年的冬季，美国最大的未确诊的秃鹰（Haliaeetus leucocephalus）大规模死亡发生在阿肯色州的德格雷湖。在接下来的 2 年里，发现了 70 多只死鹰！神秘的死亡特征是海绵状髓鞘病，这种病症在野生禽类种群中从未有过记录。

阿肯色州死亡事件的调查人员开始注意到整个东南部各州都有类似的神经损伤的鹰和水鸟。让我们跟随研究人员的脚步深入探究这种将老鹰置于死地的恐怖疾病吧！

Disease profile

01疾病简介

空泡性髓鞘病

空泡性髓鞘病（VM）是一种神经系统疾病，其特征是脑白质中广泛的空泡化。当这种疾病出现在鸟类身上时称为鸟类空泡性髓鞘病（AVM）。

Disease source

02疾病来源

AVM在美国东南部的许多鸟类中都有记录，在秋季和冬季，最明显的是水鸟，如美洲白骨顶(Fulica americana)、颈鸭(Aythya collaris)、野鸭(Anas platyrhynchos)、加拿大鹅(Branta canadensis)和各种猛禽中。

此种疾病的来源集中在AVM阳性水体中的环境条件上，结果显示，所有这些水体都支持入侵的沉水水生植被，主要是Hydrilla verticillata，以及以前未确定的附生蓝藻Aetokthonos hydrillicola-定植高达95%的植物叶子。

长期以来，蓝藻一直与毒素和其他特殊代谢物的产生有关，由此可见，VM是由具有显着结构特征的蓝藻神经毒素引起的。

A. hydrillicola 分布

对美国东南部湖泊、水库和其他水体中的沉水水生植被进行取样，揭示了 A. hydrillicola 分布的复杂而广泛的模式。截至 2019 年秋季，研究人员在 69 个采样流域中的 31 个流域记录了 H. verticillata 与 A. hydrillicola 定植。水体包括大型（10,000>）水电或供水水库、县级水源水库、郊区休闲湖泊和农场池塘。

推定毒素的发现和产生

2011 年，研究人员从 J. Strom Thurmond 水库（佐治亚州和南卡罗来纳州）收集了带有附生 A. hydrillicola 的 H. verticillata，以分离蓝藻菌株进行大规模培养，并随后分离假定的蓝藻毒素。

生长在黄萎杆菌上的 A. hydrillicola 菌落的 AP-MALDI-MSI 揭示了蓝藻特异性代谢物

假设蓝藻仅在生长在黄萎杆菌上时产生假设的毒素，而不是在实验室培养中产生，研究人员在确认的 VM 地点收集了生长在黄昏杆菌上的更多 A. hydrillicola 样本。采用大气压基质辅助激光解吸/电离质谱成像（AP-MALDI-MSI）技术对黄藻叶片上的蓝藻菌落进行原位检测蓝藻特异性代谢产物。

aetokthonotoxin （AETX）的分离和结构解析

在添加溴化物的情况下培养 A. hydrillicola 以及田间收集 A. hydrillicola-H. verticillata 组合能够分离出足够量的化合物，用于结构阐明和生物活性表征,从化合物的质谱分析中观察到的同位素模式中也可以明显看出，最突出的是五种溴取代基。溴化有机化合物通常被发现由海洋生物产生，但也存在于植物，真菌，地衣，细菌甚至人类中。

AETX生物合成

由于AETX的特定结构说明了以前在自然界中未观察到的几种化学特征，因此研究人员研究了其生物合成。大多数蓝藻毒素的生物合成机制被组织成紧凑的基因簇，这些基因簇可以通过功能注释与所得结构联系起来。因此，研究人员分别于 2011 年和 2014 年对从 J. Strom Thurmond Reservoir 分离出的两种独立的 A. hydrillicola 菌株的全基因组进行了测序，随后进行了生物信息学分析。

AETX 导致 VM

为了测试 AETX 是否是 VM 的病因，我们使用了禽生物测定法（3， 9， 15， 19， 21）。将特异性无病原体角鸡（Gallus gallus）用纯化的AETX悬浮液（15mg/公斤体重），含有H. verticillata-A. hydrillicola提取物的AETX作为阳性对照（HTX;每公斤体重4mg AETX）或溶剂对照[10%二甲基亚砜（DMSO）在去离子水中]进行灌胃。

HTX 和 AETX 组鸟类视构造的透射电子显微镜显示，由髓鞘层分隔的大量液泡在周期内线处分裂，证实了 VM 的诊断，因此可以确认 AETX 是 VM 的病原体。

参考文献：

Steffen Breinlinger et al.,

Hunting the eagle killer: A cyanobacterial neurotoxin causes vacuolar myelinopathy.Science371,eaax9050(2021).DOI:10.1126/science.aax9050

创作人：王嘉奕上海海洋大学，海洋科学与生态环境学院

本文来源于第一届水生生物与水域生态学全国研究生暑期学校的学员作业。

Nature | 气候变化严重恶化水质？

Nature | 捕食者死亡事件重塑食物网？

Nature | 三角褐指藻基因组揭示硅藻基因组的进化历史

Nature | 印澳群岛为什么是“生命的热点”？

Nature | 气候变化和过度捕捞使鱼类越来越毒？

Nature | 海洋热浪不会影响底栖鱼类？