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病原体が昆虫の世代に与える影響

研究が、病原体が昆虫の子孫の健康と免疫にどのように影響を与えるかを明らかにした。

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目次

免疫系は、生物が細菌やウイルスなどの病原体に対処する際に重要な役割を果たしている。昆虫は、特にミバエのように、これらの侵入者に対して独特の反応を示す。研究によると、昆虫と微生物の相互作用は、昆虫自身だけでなく、その子孫にも影響を与えることがある。この記事では、病原体が親から子にどのように受け継がれ、それが免疫反応や全体的な健康にどのように影響するかを見ていく。

昆虫の免疫反応

昆虫には、感染を防ぐための自然免疫系が備わっている。このシステムは過去の病原体との接触を記憶することができ、同じ病原体に再びさらされると、より迅速で強力な防御を展開できる。この過程を免疫プライミングと呼ぶ。

病原体曝露の世代間効果

ほとんどの研究は、昆虫が自身の生涯の中で病原体にどのように反応するかに焦点を当ててきた。しかし、これらの感染が未来の世代に影響を与える可能性が高まっている証拠が増えてきている。昆虫は、遺伝子を通じて直接的に、または共有する環境を通じて、病原体を子孫に受け継ぐことができる。

親の病原体曝露

ミバエを含む多くの昆虫では、親が病原菌を保有していることがある。親が交尾する時、その子孫は生育する環境でこれらの病原体にさらされる可能性が高い。親が病原体に感染している場合、子孫に慢性的な感染が引き起こされ、健康や免疫系に影響を及ぼすことがある。

微生物の役割

微生物叢、すなわち生物に存在する細菌は、昆虫の健康や感染に対する抵抗力に重要な役割を果たしている。これらの微生物は、消化や遺伝子発現など、昆虫の生物学のさまざまな側面に影響を与える。病原体曝露による微生物叢の変化は、特に子孫に長期的な影響を及ぼす可能性がある。

研究概要

この研究では、特定の病原体であるPseudomonas entomophila(Pe)が、ミバエの世代を超えてどのように影響するかを調べる。研究者たちは、異なる投与量のPeで親ミバエを感染させ、子孫の免疫反応や健康状態を2世代にわたって観察した。

ミバエでの実験

Peの影響を観察するために、研究者たちは最初に親のミバエのグループを感染させた。彼らは高、中、低の3つの異なる病原体の投与量を使用した。感染後、彼らはミバエの生存率や体内の病原体の数を調べ、さらに体内の微生物叢も測定した。

病原体の持続性

結果は、病原体の量が減少したにもかかわらず、感染した親にPeが持続したことを示した。興味深いことに、微生物叢の全体的な構成は変わらなかったため、感染によって存在する細菌の多様性が変わらなかったことが示唆された。

子孫への環境伝達

次に、研究者たちは病原体が次の世代にどのように伝えられたかに焦点を当てた。幼虫が育っている食べ物にPeが存在するかを調べたところ、感染した親が食べ物にPeを伝え、その結果、子孫のさらなる曝露が増えたことがわかった。

子孫への影響

感染した親から発生した子孫は、より高い病原体の負荷および有病率を示した。つまり、彼らは成長して大人になると病原体を保持する可能性が高かった。ただし、驚くべきことに、すべての子孫が同じ感染レベルや感受性を示したわけではなく、親の曝露された投与量によって異なった。

子孫における微生物叢の変化

感染した親の子孫は、微生物叢の構成に変化を示した。研究者たちは、Peの存在が異なる種類の細菌のバランスに影響を及ぼし、それがミバエの全体的な健康に影響を与えたことに注目した。これらの発見は、病原体への曝露が子孫の免疫反応だけでなく、生物学的構成をも形成できることを示唆している。

病原体の病原性の影響

病原性とは、病原体がどれだけ有害かを指す。この研究では、Peの病原性が世代を超えて変化するのを観察した。最初は高い投与量がより病原性の強い形態を生じさせたが、次の世代では病原体がより病原性が低くなった。この病原性の変化は、病原体と宿主の間の適応プロセスを示す重要な点である。

免疫反応と遺伝子発現

研究者たちは、病原体への以前の曝露が免疫反応にどのように影響を与えるかも調査した。再びPeに挑戦された後、感染した親からの子孫は、感染していない子孫とは異なる免疫遺伝子の発現を示した。これらの発見は、病原体への慢性的な曝露が宿主の免疫学的風景を変化させ、将来の感染に対するレジリエンスのレベルを変えることを示唆している。

病原体曝露の生理的影響

この研究は、慢性的な病原体曝露の広範な生理的影響を調べた。特に、繁殖能力や飢餓耐性の変化が観察された。親の感染は子孫にさまざまな影響を与え、繁殖と生存の間のトレードオフをもたらした。つまり、感染に対抗するためにエネルギーを使うと、繁殖の成功を犠牲にする可能性がある。

結論

昆虫における病原体曝露は、個体を超えて深刻な影響を及ぼし、未来の世代に影響を与えることがある。病原体、免疫系、微生物叢の相互作用は、これらの関係の複雑さを強調している。昆虫が環境や病原体に適応するにつれて、これらのダイナミクスを理解することは、エコロジーや進化に関する広範な影響を把握するために重要だ。

この研究を通じて、慢性的な感染が直近の宿主だけでなく、その子孫にも世代を通じてどのように影響を与えるかについての洞察を得ることができ、宿主と病原体の相互作用に関する今後の研究への道を開くことができる。

オリジナルソース

タイトル: Chronic infection alters pathogen virulence, microbiome composition, and fly physiology across generations.

概要: In many insects, parents and offspring share the same environment. Thus, an infection in the parents has the potential to influence offspring defenses. Moreover, infection can also affect other host aspects, including the microbiome, development, and reproduction. To better understand the intergenerational impacts of infection, we assessed the effects of challenge by the gut pathogen Pseudomonas entomophila (Pe) on Drosophila melanogaster. We found that parental challenge by Pe led to environmental transmission of the pathogen from parents to offspring, resulting in a persistent infection among the population. Pe is a highly virulent pathogen; however, we found that persistent infection was correlated with a loss of pathogen virulence across generations. We explored the impact of chronic pathogen exposure on host physiological traits. Our results showed that pathogen load, virulence, and pathogen-induced microbiome remodeling influence fecundity and starvation resistance. Current research in Drosophila and other insects has shown that immune status can be transmitted to the next generation (transgenerational immunity). Since the offspring were continuously exposed to the pathogen, we explored their response to a new infection. Even though we did not find a protective effect, we observed alterations in gene expression and microbiome remodeling following a new Pe challenge that was dependent on the parental treatment. Altogether, our results provide evidence that the pathogen adapted across generations as part of a tolerance mechanism that allows the pathogen to persist in the environment, which confers a greater probability of survival in subsequent generations. However, chronic exposure to the pathogen resulted in a cost to the host by altering several aspects of host physiology. Author summaryInfection impacts many aspects of animal physiology, including priming host immune responses to repeated pathogen exposure. Whether parental experiences with a pathogen can influence such responses in offspring is less certain. Here, to further our understanding of generational impacts of infection, we studied the interaction between host immunity, the microbiome, and a gut pathogen across generations using the model organism Drosophila melanogaster. Our results showed that parental challenge established a persistent infection in the population, such that offspring were chronically exposed to the pathogen. This chronic pathogen exposure impacted many host physiological traits, but did not confer protection to re-infection with a high-dose of the pathogen. Instead, we found that the transmitted infection led to a loss of pathogen virulence in offspring. At the same time, pathogen density, virulence, and pathogen-induced microbiome remodeling influenced fecundity and starvation resistance. Overall, our results highlight that infection in parents can influence intergenerational responses due to impacts both on the microbiome and on selection on pathogen virulence. Such chronic interactions with the pathogen, even reduced in virulence, alter host physiology.

著者: Nichole A Broderick, K. Maya-Maldonado

最終更新: 2024-03-05 00:00:00

言語: English

ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.03.04.583275

ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.03.04.583275.full.pdf

ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。

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