米乐m6官方网站【会长野间口裕】（以下简称“AIST”）基因组工厂研究部【研究主任蒲形阳一】生物共生进化机制研究组竹间深津研究组组长细川孝宏AIST特别研究人员发现，一种名为沃尔巴克氏体（Wolbachia）的共生细菌对于长期以来被称为吸血的臭虫（也称为臭虫）的生存至关重要卫生害虫，其杀虫剂抗药性的死灰复燃和发达国家近年来已成为一个问题。它们的生理功能是供给必需营养素B族维生素。
沃尔巴克氏体是一种共生细菌，存在于多种昆虫物种中，但传统观点认为它的作用通常是寄生的，这意味着它对宿主没有任何好处。臭虫有由特殊细胞组成的特殊细胞。共生器官是一种先进的构建方法8553_8596|，使沃尔巴克氏体仅生活在其细胞中并产生必需的营养物质互惠关系的发现证明“寄生”关系是“互惠”关系的进化起源。此外，由于沃尔巴克氏体是一种对吸血卫生害虫臭虫的生存至关重要的共生细菌，因此它有望成为害虫防治的新目标，并有望在应用中得到开发。
该研究成果发表在美国学术期刊《美国国家科学院院刊》（美国国家科学院院刊）网站上。
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美国国家科学院，PNAS（版权所有 2009） |
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图 1：（左）臭虫交配。下层是雌性，上层是雄性。体长约5毫米。
（右）臭虫共生器官的荧光显微图像。红色是共生细菌沃尔巴克氏体。
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虱子、跳蚤、蚊子、臭虫、采采蝇和刺蝽等吸血昆虫作为卫生害虫长期以来一直威胁着人类。这些昆虫的问题不仅仅是吸血本身造成的不适和健康损害。许多引起严重传染病的病原体都是通过吸血昆虫传播的。由按蚊引起的疟疾和采采蝇引起的昏睡病不胜枚举。这些虫媒疾病仍然是一个主要问题，特别是在发展中国家，据估计，仅疟疾就感染全世界 300 至 5 亿人，每年造成 1 至 150 万人死亡，这使得控制和治疗方法的发展成为一个全球性问题。
另一方面，在大多数发达国家，有机氯杀虫剂滴滴涕）的开发和传播以及卫生条件的改善，许多吸血昆虫被认为在1960年左右几乎被消灭。然而，随着抗药性害虫的出现和分布的全球化，虱子和臭虫等经典卫生害虫再次出现上升趋势，这已成为近年来的一个问题。特别是在发达国家，由于卫生标准的提高，虱子和臭虫的侵扰和叮咬已成为令人强烈不适和厌恶的对象，并已成为教育机构和旅游业的风险因素。
吸血昆虫作为卫生害虫和公害虫造成各种问题，需要以减轻人类和环境负担的方式加以控制和控制。为此，不仅需要开发诸如喷洒杀虫剂等传统害虫防治技术，而且还需要开发使用新方法的害虫防治技术。
AIST 针对难以培养的共生微生物开展了各种研究，这些微生物有望成为遗传资源的宝库。其中，吸血昆虫的共生微生物近年来引起了特别关注。尽管脊椎动物的血液看起来营养丰富，但实际上缺乏某些营养素，尤其是 B 族维生素。因此，采采蝇、虱子等终生仅吸食哺乳动物和鸟类血液的吸血昆虫，需要共生菌的存在来补充营养不足。
对于体虱和头虱，Rishia (黎西亚) 的共生细菌居住在由称为真菌细胞的特殊细胞组成的共生器官中，在宿主的生存中发挥着重要作用，例如提供 B 族维生素（图 2）。
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图 2 (A) 成年体虱。腹面皮肤下肉眼可见的白点是共生器官。
(B) 荧光原位通过杂交观察到共生细菌 Lesia 在体虱一龄幼虫内的定位。
它被安置在共生器官内的橘子簇状隔室中。
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另一方面，分类学术语是虱子（乳香目）Psocodea) 不同目的臭虫（半翅目）半翅目左图 1：学名温带臭虫;又称臭虫）成虫长约5至8毫米，身体呈圆盘状，没有翅膀，在夜间活动并吸血。与它的名字相反，它与虱子无关；它实际上是一种吸血臭虫，当受到刺激时，它的气味腺会散发出恶臭。它分布于世界各地，曾经在日本很常见，但被认为自 20 世纪 70 年代以来几乎已被消灭。但近年来，时有报道称该事件时有发生，还曾出现被刺伤的客人起诉旅馆的案例。
自20世纪20年代以来就有报道称，臭虫的睾丸和卵巢附近有一对共生器官，这些细胞内存在大量细菌。也有人提出，这些共生细菌可能参与臭虫的生存和繁殖。然而，迄今为止，其微生物成分仍然未知。先前的几项研究表明，沃尔巴克氏体（Wolbachia）是一种存在于多种昆虫物种中的共生细菌，并且是一种未被描述的细菌。γ变形菌在臭虫中检测到，但尚不清楚它们是否存在于共生器官中或对于宿主的生存和繁殖至关重要。
迄今为止，生物共生进化机制研究组在AIST网站上发表了以下关于共生菌沃尔巴克氏体的研究结果。
2007年7月2日 AIST主要研究成果“共生细菌的抑制创造了雄性和雌性之间的蝴蝶”http://wwwaistgojp/aist_j/new_research/nr20070702/nr20070702html
2002 年 10 月 29 日 AIST 新闻公告“发现从共生微生物到宿主昆虫的水平基因组转移”http://wwwaistgojp/aist_j/press_release/pr2002/pr20021029/pr20021029html
这次，我们对近90年来一直未解之谜的臭虫共生菌的真实性质感兴趣，并着手阐明其微生物实体和生物学功能，着眼于它们能否成为防治这一全球性卫生害虫的新靶标。
本研究是在独立行政法人生物产业技术研究支援中心“创新基础研究推进事业（技术种子开发型）”（研究名称：通过共生细菌阐明并控制昆虫获得的新生物功能的基础研究）的支持下进行的，细川贵宏为主要研究员。
我们解剖并取出了三种日本和两种澳大利亚臭虫品系的睾丸和卵巢附近的一对共生器官，提取了 DNA，并检测了细菌基因。结果，在所有 105 名接受检查的个体中均检测出了沃尔巴克氏体。另一方面，仅在 56 名个体（53%）中检测到 γ 变形菌。特别是来自日本的一种菌株根本没有γ变形菌。并非在所有个体中都检测到这种细菌，这一事实表明，与传统观点相反，这种γ变形菌并不是臭虫生存所必需的共生细菌。
定量PCR方法研究了臭虫组织中沃尔巴克氏体感染的密度，发现沃尔巴克氏体仅在共生器官和雌性卵巢中以高密度存在。原位杂交方法可视化内部定位时，我们发现在男性和女性中，沃尔巴克氏体感染仅限于位于腹部的一对共生器官（图3A，B）。此外，在雌性卵巢中卵子形成的过程中，沃尔巴克氏体会感染卵子边缘，并从亲本传播给后代。垂直传输进行后发现，卵子受精后，它在胚胎发育过程中定位于共生器官（图3C）。
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美国国家科学院，PNAS（版权所有 2009） |
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图 3 荧光原位通过杂交观察到雄性 (A) 和雌性 (B) 臭虫腹部沃尔巴克氏体的定位。
(C) 沃尔巴克氏体在早期胚胎中定位于共生器官原基（箭头）。
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那么，沃尔巴克氏体真的是一种对臭虫生存和繁殖至关重要的共生细菌吗？通过使用人工喂养装置将含有抗生素的兔血注入仅感染沃尔巴克氏体的臭虫菌株中（图4A、B），我们创造了没有沃尔巴克氏体感染的昆虫。当通过给成虫服用抗生素来去除沃尔巴克氏体时，卵的孵化率急剧降低（图4C）。当幼虫接受抗生素处理时，幼虫期显着延长（图4D），并且只有少数达到成年期（图4E）。换句话说，表明沃尔巴克氏体感染对于臭虫的正常生长和繁殖确实很重要。
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美国国家科学院，PNAS（版权所有 2009） |
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图 4 (A, B) 臭虫人工喂食装置。 (C-E) 通过抗生素治疗去除沃尔巴克氏体感染并添加 B 族维生素对臭虫卵孵化率 (C)、幼虫期 (D) 和成虫羽化率 (E) 的影响。
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那么，沃尔巴克氏体在臭虫的生长和繁殖中起什么重要作用呢？脊椎动物的血液虽然看似营养丰富，但缺乏昆虫所需的某些营养物质，尤其是B族维生素。因此，当使用人工饲养装置将 B 族维生素添加到兔血中时，即使是经过抗生素治疗以消除沃尔巴克氏体感染的臭虫，在卵孵化率、幼虫期和成虫羽化率方面也完全从消除沃尔巴克氏体感染的负面影响中恢复过来（图 4C-E）。这些实验结果表明，共生菌沃尔巴克氏体的主要生物学功能是供给血液中缺乏的B族维生素，而B族维生素是臭虫的唯一食物。
这项研究表明，以前被认为是一种寄生共生细菌的沃尔巴克氏体已经进化成一种共生细菌，位于臭虫专门的共生器官的细胞内，并为宿主昆虫发挥重要的生物学功能。
为了进一步了解从“寄生”到“共生”的进化过程，并考虑到沃尔巴克氏体对于卫生害虫臭虫的生存和繁殖至关重要，我们计划进行以下研究。
通过研究各种臭虫物种的共生细菌，我们将阐明在臭虫的进化过程中何时以及如何获得提供必需营养的互利共生沃尔巴克氏体。此外，通过确定臭虫共生沃尔巴克氏体的全基因组序列，并与寄生沃尔巴克氏体的基因组进行比较，我们将阐明从寄生到共生的进化过程中发生的基因组水平的变化，并讨论共生进化的分子基础。
未来，我想利用共生沃尔巴克氏体的基因组信息来抑制共生菌的代谢系统和分子机制，从而开展针对必要共生菌抑制吸血卫生害虫灭绝的研究。
<参考文献>
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细川等. 2009过程。国家。阿卡德。科学。美国正在出版
-
佐佐木深津等人. 2006申请。环境。微生物。72, 7349
-
阿克莱特等人. 1921寄生虫学13, 27
-
戴维斯 1956安。恩托莫尔。苏克。上午。49, 466
-
德梅永和戈尔伯格 1946 年J。过期。生物。24, 41
-
张 1974J。无脊椎动物。病理学。23, 333
-
海普萨和阿克索伊 1997昆虫分子。生物。6, 301
-
拉斯贡和斯科特 2004 年J。医学。恩托莫尔。41, 1175
-
坂本和拉斯贡 2006上午。恩托莫尔。52, 119