人红细胞中处于环状期的恶性疟原虫。
近日，来自美国德克萨斯大学西南医学中心（UTSW）的科学家们在《科学》杂志上发表论文称，导致疟疾的疟原虫的周期性活动是由其自身固有的生物钟驱动的。这一发现可能有助于开发出治疗这种致命疾病的新方法。
根据世界卫生组织的统计，全世界每年有2亿多人感染疟疾，40多万人死于这种疾病。科学家们早就知道，在所有疟原虫同时破坏宿主的红细胞时，会引起周期性发热，其时间间隔具体取决于感染的宿主种类，在人类中为每2~3天发生一次。“这些现象表明，疟原虫似乎有时间感，但这种日常节律的原因一直是个谜。”研究负责人Joseph S. Takahashi博士说，他是UTSW的神经科学主席，也是霍华德·休斯医学研究所的研究员。
尽管主流理论认为疟原虫的周期性活动是依赖于宿主的，但研究生物钟的Takahashi等人怀疑，疟原虫有自己的内部生物钟来驱动这种行为。为了研究这一假设，博士后研究员、霍华德·休斯医学研究所的副研究员Filipa Rijo-Ferreira博士对感染了夏氏疟原虫的疟疾小鼠模型进行了研究。与人类患者一样，小鼠在感染疟原虫后也会周期性发热，大约每天一次。
为研究疟原虫的周期性活动是否受到驱动人类和其他动物昼夜节律的光照周期的影响，研究人员让一组受感染的小鼠待在模拟规律昼夜循环的环境中（光照12小时，黑暗12小时）；另一组受感染的小鼠则待在完全黑暗的地方。研究人员连续三天收集了这些小鼠的血液，并检测了血液中疟原虫基因的表达。
结果发现，在疟原虫血液感染期表达的5244个基因中，超过80%的基因在两种光照条件下都具有相同的周期表达模式，两组小鼠的基因活动会在同一时间以相同的强度达到顶峰，这表明，驱动宿主生物钟的光照信号并不影响疟原虫的周期性活动。
为了探究疟原虫的生物钟是否独立于宿主的生物钟运转，研究人员观察了疟原虫在基因突变小鼠（昼夜节律变为26个小时）体内的基因活动。结果表明，疟原虫似乎减缓了细胞周期来配合宿主。然而，这种匹配并不完美，疟原虫的基因表达需要几天时间才能赶上宿主的生物钟。这些发现表明，尽管疟原虫似乎会受到宿主生物钟的一些影响，但它仍然按照自己的生物钟运行。Rijo-Ferreira说：“这是一个非常令人兴奋的结果，因为我们首次发现了疟原虫不仅会匹配宿主，而且还有自己的生物钟。”
进一步的实验表明，有节奏的进食时间（另一个驱动动物生物节律的外部因素）对疟原虫的周期性基因活动也并非是必需的。即使是在生物节律完全被破坏的小鼠宿主内，疟原虫的周期性活动也持续存在。但这种节律会随着时间的推移逐渐变得紊乱。这些发现表明，尽管疟原虫个体受自身生物钟的驱动，但它们需要来自宿主的外部信号来进行同步。研究人员建立的数学模型也支持这一观点。
Takahashi指出，我们需要进一步的研究来确认疟原虫的周期性行为。他说：“确定这一现象背后的机制可能会为治疗疟疾提供新的靶点，我们可以打乱疟原虫的生物节律，或者找到周期中疟原虫特别脆弱的时间进行攻击。这可能会为治疗这种致命疾病的方法增加一个全新的维度。”
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编译：花花
审稿：阿淼
责编：张梦
期刊来源：《科学》
期刊编号：0036-8075
原文链接：
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-05/usmc-ttb051420.php
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