Takema Fukatsu（首席高级研究员、共生进化和生物功能研究组组长）、Takahiro Hosokawa（联合研究员、琉球大学博士后研究员）和 Minoru Moriyama（合作研究员、JSPS 研究员）、生物生产研究所（BRI；所长：Tomohiro Tamura）、国家先进产业科学研究所技术（AIST；主席：Ryoji Chubachi）与日本开放大学和东京大学合作，确定了共生细菌的完整基因组序列沃尔巴克氏体，这对于卫生害虫臭虫的生存至关重要，并证明沃尔巴克氏体基因组上的一组合成 B7（生物素）维生素基因（通过从不同细菌的横向基因转移获得）支持宿主臭虫的生存。

沃尔巴克氏体被称为一种普遍与各种昆虫相关的寄生共生细菌。然而，这项研究揭示了进化机制沃尔巴克氏体-臭虫营养互利共生已经异常成立。这一发现例证了横向基因转移促进的从寄生到互利共生的进化转变，这为了解卫生害虫生存的生理和分子基础提供了见解。这些结果预计也将有助于臭虫的预防和控制。

详细结果将在线发表在美国科学期刊“美国国家科学院院刊，” 2014 年 6 月 30 日（美国东部时间）。

刚吸血后的臭虫幼虫 腹内的黑色是肠道内上次吸血的粪便。

吸血昆虫，如蚊子、跳蚤、虱子、臭虫和采采蝇，会造成严重的卫生害虫问题，因为它们传播各种传染病，并因吸血而引起瘙痒和不适。在发展中国家，它们仍然是严重的社会负担，威胁着​​许多人的健康和生命。另一方面，在发达国家，许多严重的虫媒传染病几乎已被消灭，而虱子和臭虫等典型的吸血卫生害虫直到大约 20 世纪 60 年代才很少观察到。然而最近，随着抗药性昆虫的出现以及人员和物资运输的全球化，这些卫生害虫再次成为一个严重的问题。在北美、澳大利亚和日本等先进国家，最近爆发的臭虫引起被咬者的强烈不适和厌恶，这可能对住宿设施、公共设施和住宅小区造成严重问题。因此，臭虫是旅游业、房地产业和公共机构不可忽视的风险因素。

吸血昆虫会造成各种卫生和/或公害害虫问题，其预防和控制措施必须对人类健康和环境影响较小。因此，除了喷洒农药等传统防治方法外，预计还会开发新的害虫防治技术。

AIST 此前阐明了与昆虫相关的共生微生物的重要生物学功能，例如植物适应、害虫进化和杀虫剂抗性。 （AIST 新闻稿2004 年 3 月 26 日, 2007 年 6 月 13 日，并且2012 年 4 月 24 日)。 AIST 还致力于了解宿主昆虫和共生微生物之间复杂的生物相互作用，包括繁殖操纵、垂直传播和共生维持（AIST 研究结果于 2007 年 7 月 2 日和 2012 年 5 月 28 日，以及 AIST 新闻稿2013 年 6 月 11 日)。研究结果强调了共生微生物和宿主昆虫之间横向基因转移的进化重要性，值得特别提及（AIST 新闻稿2002 年 10 月 29 日和2013 年 6 月 21 日)。此外，对吸血昆虫与其共生菌关系的研究表明，寄生共生菌沃尔巴克氏体与各种昆虫普遍存在关联，是臭虫的营养互利共生者，可提供宿主血液饮食中缺乏的 B 族维生素（AIST 新闻稿，2009 年 12 月 22 日）。

在这项研究中，研究人员根据之前的研究，利用基因组学、实验和生理学方法，调查了原因沃尔巴克氏体从寄生进化到互利共生，以及哪种B族维生素对于它们之间的互利关系尤为重要。

这项研究得到了NARO生物导向技术研究促进机构和文部科学省科学研究资助金的支持。

DNA 样本制备自沃尔巴克氏体-从臭虫身上解剖出的细菌组，以及完整的基因组序列沃尔巴克氏体，1,250,060个碱基对的环状DNA（图1）。臭虫的沃尔巴克氏体总体而言，基因组在基因数量和组成上与寄生生物相似沃尔巴克氏体与其他昆虫相关的基因组黑腹果蝇, 模拟果蝇，或致倦库蚊，揭示了基因组中缺乏独特特征沃尔巴克氏体与臭虫相关的菌株 (w克莱)。然而，维生素 B 合成基因的比较表明wCle 基因组拥有维生素 B7（生物素）合成的所有六个基因，而其他基因组沃尔巴克氏体基因组中缺乏这些基因（图2）。

图1：基因组结构沃尔巴克氏体菌株w与臭虫相关的克莱

图 2：各种 B 族维生素合成途径的存在沃尔巴克氏体基因组 “完整”、“不完整”和“不存在”分别表示全部、部分、 并且合成途径的基因都不存在。 仅限wCle拥有维生素B7的完整合成途径（用红圈标记）。

在wCle基因组，维生素B7合成的所有六个基因形成一个紧凑的操纵子，这在相关细菌的基因组中没有观察到吞噬细胞无形体。另一方面，这种操纵子结构与各种不密切相关的细菌的基因组共享，例如Cardinium hertigii，在各种昆虫中发现的寄生细菌共生体；的质粒立克次体sp，蜱虫和昆虫的寄生细菌共生体；和胞内劳森菌，一种引起猪肠炎的细菌病原体（图3）。分子系统发育分析表明，所有 6 个合成维生素 B7 的基因wCle基因组与上述细菌中的基因组密切相关。特别是，它们与卡迪尼姆（图4）。

图3：基因组中维生素B7合成基因的结构沃尔巴克氏体菌株wCl 和其他细菌

图4：从由其编码的维生素B7合成基因产物BioH的氨基酸序列推断出的分子系统发育wCle 基因组 每个括号中描述了细菌组，每个进化枝的统计支持度 (%) 在节点上标明。 对其他维生素 B7 合成基因的分析也得到了类似的结果。

总的来说，这项研究表明：(1) 大多数沃尔巴克氏体基因组缺乏维生素 B7 合成基因；仅 (2)wCle 拥有一整套这些基因； （3）关于wCle基因组，维生素B7合成的基因形成一个紧凑的操纵子； (4)在赫氏紫心藻; (5)分子系统发育分析揭示wCle 与以下的关系最为密切卡迪尼姆; (6) 两者沃尔巴克氏体和赫氏紫心藻是与昆虫广泛相关的共生细菌，通常同一宿主昆虫同时寄生两种细菌。从这些事实来看，维生素 B7 合成的基因簇似乎很可能位于wCle 基因组是通过横向基因转移从菌株获得的整个操纵子卡迪尼姆，可能与w臭虫的祖先。

研究人员还研究了沃尔巴克氏体宿主臭虫的维生素 B7 合成基因。

用正常兔血或添加抗生素的兔血喂养第四龄臭虫若虫以消除沃尔巴克氏体感染。维生素 B7 浓度沃尔巴克氏体治愈的昆虫比那些低沃尔巴克氏体感染的昆虫（图5A），其证实了维生素B7合成基因wCle 基因组功能并向宿主臭虫提供维生素 B7。

当沃尔巴克氏体用正常兔血喂养已治愈的臭虫若虫，成虫羽化率非常低（图5B，右栏），而在兔血中添加所有B族维生素可使成虫羽化率恢复到90％以上（图5B，左栏）。另外，当沃尔巴克氏体治愈的臭虫若虫用添加了除B7之外的所有B族维生素的兔血喂养，羽化率约为60%（图5B，中间条），低于添加所有B族维生素时的羽化率。这种营养生理分析表明，wCle 提供维生素 B7，在支持臭虫宿主的生长和生存方面发挥着重要作用。

图5：维生素B7的合成和供应沃尔巴克氏体菌株w宿主臭虫中的克莱 (A) 维生素 B7 的浓度沃尔巴克氏体-感染并且沃尔巴克氏体治愈的四龄若虫； (B) 成虫羽化率沃尔巴克氏体用补充了所有 B 族维生素的兔血喂养后治愈了臭虫若虫（左栏）， 除 B7 之外的所有 B 族维生素（中间条），或不含 B 族维生素（右侧条）； 星号表示统计上显着的差异。条形图中的数字是分析的昆虫数量。

研究人员计划分析臭虫基因的功能沃尔巴克氏体-携带细菌组，并研究宿主侧参与共生建立和维持的分子机制。开发新药，例如由维生素 B7 合成基因产生的酶抑制剂wCle，或阻止维持共生的基因功能的药物，预计将来会被发现，可能会为预防和控制臭虫（一种最近重新出现的卫生害虫）提供新的方法。研究人员计划推动这些方向的研究。