灯塔,细菌和皮肤粗糙的蝾螈

《生态学》教科书上的例子是这样的:皮肤粗糙的有毒蝾螈和袜带蛇陷入了一场进化军备竞赛。这种蛇对蝾螈的神经毒素防御能力越强,蝾螈产生的毒素就越致命,足以杀死24个人。

但在开放获取期刊《生活》上发表的一篇论文中,密歇根州立大学自然科学学院(简称NatSci)的研究生Patric Vaelli目前在哈佛大学进行博士后研究,他的研究让皮肤粗糙的蝾螈的故事变得更加复杂。

事实证明,这场“军备竞赛”有一个看不见的、极具影响力的第三方:产生神经毒素的细菌,它们生活在蝾螈的皮肤上。

灯塔

七年前,密歇根州立大学综合生物学系的神经行为学家、vaellio未来的顾问希瑟•艾瑟森在BEACON Center for the Study of Evolution in Action发表了一场演讲。

我在做一个关于皮肤粗糙的新闻的演讲,这些新闻很迷人,但却是致命的有毒两栖动物,它们体内含有神经毒素——河豚毒素,或者简称TTX;艾森说,他在密歇根州立大学研究动物神经系统和行为的进化变化已经超过23年。我解释说,从来没有人在报纸上查清过毒品的来源。

差不多在同一时期,韦利作为研究生来到密歇根州立大学Eisthen’实验室,环境是完美的培育研究。密歇根州立大学以微生物生态学和进化论闻名于世,从理查德·伦斯基的大肠杆菌长期实验进化项目,到查尔斯·奥夫里亚的数字化进化生物体,他帮助国家科学基金会获得了资助,建立了BEACON中心。

vaellio ‘ s search for the source of the news;TTX在eistheno的谈话中萌芽,并在BEACON Center最初两笔赠款的帮助下成长。

细菌

维里从文献中得知,河豚鱼体内的细菌会产生TTX,于是他开始研究蝾螈体内的细菌是否也会产生TTX。他在微生物学方面几乎没有经验,所以韦恩州立大学(Wayne State University)微生物生态学助理教授、这篇论文的作者之一凯文•泰斯(Kevin Theis)指导他如何对16S核糖体RNA基因(16S ribosomal RNA gene)进行测序,这是一种用于识别细菌的条形码。

我买了一些培养皿,阅读了有关培养基的知识,倒了盘子,擦洗了蝾螈,并开始建立一个细菌培养库,我把它储存在深度冷冻的冰箱里。Vaelli说。

然后,维里必须确定神经毒素是如何产生的,这后来被证明是一个主要的并发症。

我必须培养所有的细菌,并分析用于生产TTX的培养基。Vaelli说。复制皮肤的环境并让细菌产生天然分子是一项挑战。

经过3年在msu的质谱核心设备上对数百种细菌培养物的筛选,Vaelli能够从4个属中识别出产生ttx的菌株,其中一个属与蝾螈毒性水平显著相关,即假单胞菌。

这是首次在两栖动物或任何陆生动物身上发现产生ttx的细菌。

的rough-skinned纽特

在培养细菌3年后,几乎没有什么结果,Vaelli担心他的论文可能没有任何东西,所以他开始研究newts是如何产生对TTX的抗药性的。

TTX于1909年在日本发现,是一种被广泛研究的分子。它与神经系统中一种叫做电压门控钠通道(Nav)的蛋白质结合,这是最早参与产生神经电信号的蛋白质。TTX可以阻断Nav并阻止钠进入细胞,使神经元沉默并导致肌肉麻痹。

更复杂的是,这些蝾螈不仅拥有一种,而是六种Nav蛋白质。

我认为这是一个很酷的分子进化问题,因为我们可以问蛋白质的哪些部分发生了变化,以及这六种蛋白质在如何进化出抗性方面是否存在差异。Vaelli说。我对这6个基因中的5个进行了测序(其中一个基因已经被测序),发现这6个基因都有突变,而且它们都独立地进化出了抗性。

vaellio的研究结果是趋同进化的一个很好的例子,两个不同的物种进化出了相同的结构,以达到相同的目的,就像鸟和蝴蝶的翅膀一样。

即将到来的是一种理解自然选择的全新方式。Eisthen说。如果你不研究微生物是如何与生理学直接交叉的,你就无法理解蝾螈/袜带蛇军备竞赛的全貌。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://msutoday.msu.edu/news/2020/the-beacon-the-bacteria-and-the-rough-skinned-newt/

https://petbyus.com/26649/