冷泉港|蝙蝠基因组的快速进化揭示如何对抗免疫和癌症相关疾病

蝙蝠在进化过程中获得了显著的特征。它们是唯一会飞的哺乳动物，而且它们的寿命比其他同体型的动物长得多。蝙蝠以其动力飞行、长寿和强大的免疫系统而闻名于哺乳动物界，因此一直是比较基因组学研究的重点。最令人印象深刻的是它们强大的免疫系统，它可以保护蝙蝠免受COVID-19或埃博拉病毒等对人类造成严重破坏的病毒的侵害。它也使蝙蝠相对远离癌症。根据冷泉港实验室(CSHL)的科学家的说法，这都是基因造成的。

CSHL教授W. Richard McCombie和Adam Siepel以及博士后Armin Scheben利用与美国自然历史博物馆的Nancy Simmons在伯利兹收集的样本，对牙买加果蝠和中美洲髭蝠的基因组进行了测序。当他们将这些序列与其他哺乳动物进行比较时，研究小组发现，快速进化使蝙蝠基因组精简，以抵御感染和癌症。

研究人员使用牛津纳米孔技术的长读平台，对两种具有关键系统发育地位的蝙蝠物种进行了基因组测序，这两种蝙蝠分别为牙买加果蝠和中美洲鼠尾蝠。牙买加果蝠和中美洲八字蝠属于世界上生态最多样化的哺乳动物超级家族。随后，他们与多种其他蝙蝠和其他哺乳动物的基因组进行了全面的比较分析。

高质量的长读基因组组装揭示了蝙蝠在免疫相关的I型干扰素（IFN）基因座上的干扰素（IFN）-α的收缩，这导致了IFN-ω和IFN-α拷贝数量的相对变化。这一发现与之前的假设相矛盾，即IFN-α的组成性表达是蝙蝠免疫系统的一个特征。事实上，三种蝙蝠物种已经完全失去了IFN-α基因。这种向IFN-ω的转变可能有助于提高蝙蝠对病毒的耐受性，使其成为病毒的常见储存库，进而能够将病毒传播给人类。然后，他们将这些序列与其他15种蝙蝠和哺乳动物的基因组进行了比较，包括人类。这揭示了两种炎症蛋白编码基因——干扰素- α和- ω水平的未知变化。

此外，研究还发现，受I型干扰素刺激的抗病毒基因也显示出了快速进化的证据，包括特定谱系的IFN诱导的跨膜基因的复制和IFIT2的正向选择。他们还发现，与其他哺乳动物相比，蝙蝠基因组中癌症相关基因的变化更多，其中包括6个修复DNA的基因和46个抑制肿瘤的基因。

这项研究为蝙蝠提供了新的基因组资源，并揭示了这一至关重要的哺乳动物群体中非凡的分子进化。蝙蝠强大的免疫系统依赖于整个蝙蝠群体和特定谱系的免疫基因库的进化，暗示着多样的免疫策略。这些发现将有助于进一步理解蝙蝠的独特生物学特性，以及它们作为病毒储存库的角色。

McCombie说:“我们不知道免疫系统基因在蝙蝠基因组中有如此积极的选择。蝙蝠有很多不寻常的地方。它们不会像我们一样对感染做出反应。回想起来，免疫系统的这种差异可能与衰老和癌症反应有关，这并不奇怪。”

Scheben解释说:“蝙蝠通过释放产生干扰素- α的基因，降低了免疫系统的警报。这可能是它们具有高病毒耐受性的原因。它可以防止过度活跃的免疫反应损害健康组织，这也是感染对人类如此有害的原因之一。我们的工作强调了免疫和癌症反应是如何紧密联系在一起的，同样的免疫基因和蛋白质在抗癌中起着重要作用。”

McCombie、Siepel和Scheben现在正在探索蝙蝠的免疫基因是如何被调节的，以及它们是如何在身体的不同部位表达的。他们希望他们的工作将为免疫、衰老和癌症之间的联系提供新的见解。也许有一天，它还能改善治疗方法。

Siepel说:“还有很多未知的东西。“最终，我们将尽我们所能开展这项工作，并将接力棒交给疾病专家，让他们开发药物或其他治疗方法。”

这项研究发表在《Genome Biology and Evolution》杂志上。这篇文章讲述了使用长读测序技术对两种蝙蝠基因组进行测序和比较分析的研究结果。研究发现，蝙蝠在免疫相关基因和癌症相关基因上经历了快速进化，包括干扰素基因的收缩和转向，以及抗病毒基因的快速进化。这些发现为蝙蝠作为病毒储存库的特殊免疫系统和长寿性提供了新的基因组资源和见解。

本文由冷泉港实验室提供