臭虫基因背后的微生物

一项来自著名臭虫品系的新研究
bed bug

在此,基因组的发布不再是特别的新闻——即使是在六年前,卡尔·齐默尔(Carl Zimmer)在科学新闻报道中就曾指出过“又一个基因组综合征”(YAG)。毕竟,基因组测序技术一直在变得更便宜、更快,使得为越来越晦涩的研究生物测序争取时间和资金变得越来越容易。

尽管如此,今天发表的两篇描述臭虫基因组的论文,在我看来还是令人兴奋的。(你能怪我吗?)这项工作来自两个独立的研究小组:一个由美国自然历史博物馆和威尔康奈尔医学院领导,另一个由计划测序5000种昆虫基因组的i5K联盟领导。这两个小组同时在《自然·通讯》上发表了论文。想了解更多关于这些论文以及它们为何有趣——以及为什么我不认为它们是YAG——请阅读我在The Verge上发表的文章

在这篇文章中,我想谈谈臭虫基因组项目中的实际虫子,因为它们也有自己的故事。

1973年,一位陆军医学昆虫学家哈罗德·哈兰(Harold Harlan)在新泽西州迪克斯堡(Fort Dix)的军营里偶然发现了一个臭虫的侵扰。当时,臭虫在美国相当罕见——如此罕见,以至于哈兰在他多年的培训和工作中,从未亲眼见过活体标本。他的工作是雇人来消灭这些虫子,以便军营里的士兵们能摆脱叮咬的困扰。但他发现这些虫子如此有趣和新奇,以至于他想保存一些留作业余研究。他收集了几百只到几个梅森罐子里,带回了家。

臭虫只吃血,而这种特定的物种,即 the common bed bug, Cimex lectularius,主要以人类为食。哈兰维持他的新研究对象生命的最简单方法就是让它们以他为食。他拿了一双他妻子穿过的旧尼龙丝袜,将其套在罐子的开口处,这样虫子就逃不出去,然后他将罐子放在他的胳膊和腿上。

Harold Harlan feeds bed bugs on his arm using a small dispaly box
布鲁克·博雷尔

哈兰就这样持续了几十年(即使是今天,他估计还有5000只虫子,仍然养在罐子里,大约每个月喂一次)。当昆虫学家在20世纪90年代末,也就是臭虫复苏的早期阶段,再次遇到臭虫时,他们向哈兰索要臭虫,以便在他们自己的实验室里建立种群。

哈兰的虫子在他收集的四十年前就与杀虫剂隔绝了;与“野外”(也就是我们的家)的臭虫不同,他的虫子完全容易受到化学物质的侵害。这对于试图弄清楚臭虫的杀虫剂抗性有多强的昆虫学家来说非常有用,因为他们有一个比较的基准。例如,上周发表的一项研究揭示了臭虫对新烟碱类杀虫剂的抗性,就使用了哈兰品系的虫子。

哈兰的虫子也适合基因组测序。首先,这些虫子对杀虫剂敏感的事实提供了另一个基准,这次是用于基因比较。现在研究人员已经获得了哈兰品系的全基因组,他们可以测序具有杀虫剂抗性的品系,以了解负责抗性的基因是如何变化的。这可能为控制这些虫子提供新的方法。哈兰的臭虫也非常近亲繁殖,因为自1973年他收集它们以来,它们就没有与其他种群混合过,这也帮助了基因组工作。臭虫非常小,无法从单个标本中提取基因组,因此研究人员会将许多虫子一起压碎,并从中找出基因组。这些虫子越是近亲,就越容易将它们的遗传物质拼接成完整的基因组。

上周我联系了现在已退休的哈兰,想了解他对新论文的看法。他指出了两组饲养他们种群方式的一些差异。i5K小组的虫子是通过定制的人工喂食器用改良的兔血饲养的。美国自然历史博物馆的团队则使用了由博物馆的昆虫学家路易斯·索金(Louis Sorkin)饲养的虫子,他和哈兰一样,用自己的血液喂养虫子。哈兰指出,饲养方式的差异可能导致基因组上的一些细微差别:“他们使用的血液来源可能影响了某些蛋白质和酶的表达。”

至于他的臭虫成为世界上第一个全基因组测序的臭虫,他表现得很谦虚。“我很高兴它们有所帮助,也很高兴能提供它们,”他说。“除此之外,我并没有做任何工作。”

好像亲手饲养了四十多年的臭虫还算不上工作似的。

延伸阅读

Borel, How the Bed Bug Infiltrated Our Bedrooms and Took Over the World, University of Chicago Press 2015

Bartley and Harlan, “Bed Bug Infestation: Its Control and Management,” Military Medicine, November 1974

Benoit et al, “Unique features of a global human ectoparasite identified through sequencing of the bed bug genome,” Nature Communications, February 2, 2016

Rosenfeld et al, “Genome assembly and geospacial phylogeny of the bed bug, Cimex lectularius,” Nature Communications, February 2, 2016

 

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布鲁克·博雷尔(Brooke Borel)是《大众科学》的特约编辑,她也为 Slate、Aeon 和 NOVA Next 等杂志撰稿。她的第一本书《受感染:臭虫如何侵入我们的卧室并占领世界》(Infested: How the Bed Bug Infiltrated Our Bedrooms and Took Over the World)于 2015 年由芝加哥大学出版社出版。

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