海豚，鯨魚和其他鯨類很容易受到與人類相同的健康危害，包括汞，短毒素(如赤潮)和小葉霉病。它們還是重要的哨兵物種，以突出與環(huán)境和公共衛(wèi)生相關(guān)的問(wèn)題。然而，了解這些水生哺乳動(dòng)物如何對(duì)抗致病病原體，如何適應(yīng)不斷變化的致病威脅，以及如何觸發(fā)其免疫反應(yīng)一直是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

佛羅里達(dá)大西洋大學(xué)研究人員最近發(fā)表的兩篇論文揭示了鯨類動(dòng)物如何在不斷變化的病原體群落的進(jìn)化“軍備競(jìng)賽”中爭(zhēng)奪生存。由于致病威脅和傳染病風(fēng)險(xiǎn)的變化，鯨魚和海豚必須適應(yīng)這些變化。今天的問(wèn)題是他們能夠快速適應(yīng)嗎?

在PLOS One發(fā)表的一項(xiàng)開(kāi)創(chuàng)性研究中，F(xiàn)AU海港分支海洋研究所的研究人員發(fā)現(xiàn)，鯨類動(dòng)物在這種進(jìn)化軍備競(jìng)賽中使用了幾種策略來(lái)取得成功。脊椎動(dòng)物的免疫反應(yīng)是通過(guò)一系列快速進(jìn)化的基因介導(dǎo)的，稱為主要組織相容性復(fù)合體或MHC。MHC作為對(duì)抗病原體的早期預(yù)警系統(tǒng)，不僅可以發(fā)出警報(bào)，還可以激活武裝反應(yīng)。為了做到這一點(diǎn)，MHC蛋白質(zhì)需要能夠在分子水平上區(qū)分“朋友”和“敵人”。類似于鎖定和鎖定機(jī)制，個(gè)體的MHC“鎖定”必須能夠與病原體的肽“鑰匙”結(jié)合以啟動(dòng)防御序列。

FAU團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，這些鯨目動(dòng)物不僅保留了鎖類型中的遺傳多樣性，即有助于引發(fā)免疫反應(yīng)的結(jié)合口袋的構(gòu)象，它們還在如何調(diào)節(jié)許多產(chǎn)物的生產(chǎn)中選擇多樣性。需要的鎖。MHC受到調(diào)節(jié)以防止過(guò)多的活動(dòng)，其中免疫系統(tǒng)可能攻擊自己的細(xì)胞以及活動(dòng)太少，其中免疫系統(tǒng)不會(huì)快速或強(qiáng)烈地對(duì)真實(shí)威脅作出反應(yīng)。

“這是鯨類群體中第一次嘗試使用MHC構(gòu)象和調(diào)節(jié)遺傳變異作為疾病易感性的早期指標(biāo)，”該研究的第一作者，F(xiàn)AU海港分部研究員Heidi JT Pagan博士說(shuō)。

異教徒和合作者希望為鯨目動(dòng)物開(kāi)發(fā)更全面的MHC標(biāo)記系統(tǒng)，并結(jié)合傳統(tǒng)和下一代測(cè)序方法進(jìn)行基因分型。他們應(yīng)用這種標(biāo)記系統(tǒng)來(lái)研究在對(duì)比的河口和海洋生境中塑造海豚MHC多樣性的進(jìn)化和人口力量。

通過(guò)將這些遺傳數(shù)據(jù)與由Torrey Pines分子研究所的Colette T. Dooley博士開(kāi)發(fā)的免疫蛋白質(zhì)組學(xué)方法相結(jié)合，研究人員現(xiàn)在對(duì)鯨魚和海豚如何繼續(xù)適應(yīng)其當(dāng)前狀況有更為全面的了解。致病環(huán)境。

Dooley應(yīng)用免疫遺傳學(xué)和免疫蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)并對(duì)組合文庫(kù)進(jìn)行建模，以確定在佛羅里達(dá)州的河口和沿海寬吻海豚中發(fā)現(xiàn)的MHC 能夠識(shí)別哪種類型的肽(“關(guān)鍵”)。從那里，她使用生物信息學(xué)來(lái)確定哪些微生物可能產(chǎn)生這些特征分子。

“我們第一次明確了解所涉及的病原體，現(xiàn)在我們已經(jīng)制定了研究團(tuán)隊(duì)的路線圖，以便研究其他物種，包括人類，以便用于實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，”Dooley說(shuō)道，他在FAU上發(fā)表了這些研究結(jié)果。八月份參加PLOS One的團(tuán)隊(duì)。“這些見(jiàn)解將使我們能夠改善對(duì)這些暴露于特定疾病威脅的鯨目動(dòng)物的人口健康預(yù)測(cè)。”

寬吻海豚棲息在佛羅里達(dá)州大西洋沿岸的近岸水域以及許多河口，海灣和瀉湖中，包括256公里長(zhǎng)的印度河瀉湖(IRL)河口系統(tǒng)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)沿海種群在人口統(tǒng)計(jì)學(xué)和遺傳學(xué)上與許多這些種植和瀉湖種群不同，盡管一些基因流動(dòng)和運(yùn)動(dòng)也已被記錄。

化學(xué)污染，高營(yíng)養(yǎng)輸入，鹽度下降，海草棲息地喪失和富營(yíng)養(yǎng)化都導(dǎo)致IRL河口系統(tǒng)的棲息地質(zhì)量不佳。對(duì)于幾種鯨目動(dòng)物，已經(jīng)記錄了種群之間的差異甚至個(gè)體對(duì)疾病的易感性，并且通常與免疫抑制污染物的濃度有關(guān)。

“通過(guò)這些突破，我們現(xiàn)在終于擁有了幫助野生動(dòng)物管理者和衛(wèi)生專業(yè)人員從個(gè)體動(dòng)物如何設(shè)計(jì)識(shí)別環(huán)境中的微生物分子并發(fā)起免疫反應(yīng)的角度評(píng)估疾病風(fēng)險(xiǎn)的工具，”研究小組負(fù)責(zé)人說(shuō)。 Greg O'Corry-Crowe，博士，F(xiàn)AU海港分公司的研究教授。“我們現(xiàn)在需要將這些工具直接帶入現(xiàn)場(chǎng)并將其應(yīng)用于其他物種。”

2013年，不同數(shù)量的大西洋寬吻海豚在佛羅里達(dá)州東海岸一直死亡，一直到佛羅里達(dá)群島。然而，墨西哥灣的海豚并未受到影響。這向研究人員表明，多種因素可能影響疾病傳播的空間變異，并在不同程度上影響鄰近人群。

“雖然我們已經(jīng)了解了很多關(guān)于'鎖'脊椎動(dòng)物種群所具有的變異，但我們對(duì)迄今為止對(duì)致病'鑰匙'的確認(rèn)知之甚少，”O'Corry-Crowe說(shuō)。

“這一問(wèn)題已成為將MHC多樣性研究應(yīng)用于野生種群應(yīng)對(duì)疾病威脅能力的實(shí)際評(píng)估的巨大障礙。”