新研究揭示弓形虫感染对宿主细胞代谢的影响
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弓形虫是一种导致弓形虫病的寄生虫,弓形虫病是一种终生慢性感染,全球约有30%的人口受到其影响。尽管对健康人危害不大,但对于免疫功能低下的人群,弓形虫感染可能导致严重后果。如果孕妇在怀孕期间感染弓形虫,这种寄生虫能够穿过胎盘,可能导致胎儿出现视网膜或神经系统的问题,甚至可能导致胎儿死亡。
目前,针对弓形虫感染尚无疫苗,而且该寄生虫如何影响宿主细胞代谢的具体机制仍未得到充分研究。在《mBio》杂志上发表的一项新研究中,莫格里奇的研究团队首次利用光学代谢成像(OMI)技术揭示了弓形虫感染如何改变宿主细胞的代谢过程。
研究背景及方法
这项研究由莫格里奇博士后研究员项目的校友吉娜·加列戈·洛佩兹(Gina Gallego-Lopez)领导,她是该研究的第一作者。她的合作伙伴包括莫格里奇生物医学成像研究员梅利莎·斯卡拉(Melissa Skala)和威斯康星大学麦迪逊分校医学微生物学和免疫学教授劳拉·诺尔(Laura Knoll)。Knoll实验室主要研究弓形虫和其他相关寄生虫,而Skala实验室则开发包括OMI在内的生物医学成像工具,以监测细胞活动。
OMI是一种非侵入性技术,能够通过检测细胞内已存在的荧光活性来监测活细胞的代谢活动,无需固定或染色样本,从而避免对细胞造成损伤。在这项研究中,研究人员观察了弓形虫感染过程中宿主细胞氧化还原生物学的变化,具体通过代谢物NAD(P)H和FAD的化学活性来衡量。
研究发现
研究人员发现,在弓形虫感染48小时内,受感染的宿主细胞的氧化程度增加,NAD(P)H的平均寿命延长,这表明寄生虫能够显著改变宿主细胞的代谢。此外,研究人员还观察到葡萄糖、乳酸和活性氧(ROS)生成水平的变化,这些变化与受感染细胞的氧化还原生物学变化相关。
加列戈·洛佩兹解释道:“弓形虫需要能量才能繁殖。我们发现,在感染的早期阶段,葡萄糖水平增加,而在感染后期,随着时间的推移,这一水平则下降,氧化还原比也是如此。因此,我们能够首次了解弓形虫感染对宿主细胞在氧化还原生物学层面上的影响。”
研究的进一步探索
除了研究弓形虫感染对宿主细胞的直接影响外,研究人员还对寄生虫的“亲吻和吐痰”机制感到兴趣。弓形虫在完全入侵宿主细胞之前,会与细胞表面发生相互作用,这一过程被称为“亲吻和吐痰”。
加列戈·洛佩兹表示:“我们观察到,即使寄生虫仅仅是‘亲吻’了细胞,然后注入了一些蛋白质,这也足以引起宿主细胞的代谢变化。这一发现令我们感到非常惊讶,因为它表明寄生虫的简单接触就能够显著影响宿主细胞的代谢。”
未来研究方向
尽管这项研究揭示了许多新的发现,但仍有许多问题需要解答。加列戈·洛佩兹认为,OMI是一种完美的工具,因为它能够准确测量非常细微的变化。未来的研究将包括将OMI数据与代谢组学数据和基因表达分析相结合,以进一步研究这些代谢途径中的遗传靶标。
加列戈·洛佩兹希望能够建立自己的实验室,继续研究弓形虫和隐孢子虫等顶复门寄生虫,后者与结直肠癌有关。她说:“我想了解这些寄生虫如何诱导宿主细胞的变化,从而随着时间的推移引发癌症。我正在使用弓形虫作为模型来研究这些变化,以便将来能够应用于隐孢子虫的研究。这是我的目标。”
通过这项研究,科学家们不仅揭示了弓形虫感染对宿主细胞代谢的具体影响,还为未来的疫苗开发和药物治疗提供了新的方向。这一发现可能为应对弓形虫感染及其相关的健康问题带来新的希望。
2024-09-20
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