研究木偶真菌有针对性地收购僵尸苍蝇

在eLife上发表的一项新研究中，主要作者，哈佛大学有机与进化生物学系博士后研究员Carolyn Elya揭示了寄生真菌Entomophthora muscae(E. muscae)操纵果蝇行为的能力背后的分子和细胞基础。

Elya 在 2018 年发表在 eLife 上的一项研究中首次描述了这种纵的行为，称为顶峰。Elya在加州大学伯克利分校(UC)读研究生时正在研究果蝇携带的微生物，她开始腐烂的水果来捕捉野生果蝇。

当她后来检查她是否捕获了任何一只僵尸苍蝇时，她发现僵尸苍蝇的腹部有带状图案，它们已经死了，摆出了一个有趣的姿势。通过DNA的提取和测序，Elya证实了可疑原因E. muscae。

登顶发生在日落时分，当受感染的苍蝇爬到高处并将其长鼻延伸到水面时。从长鼻中冒出的粘性液滴在翅膀升起并远离身体并且苍蝇死亡之前将苍蝇粘附在表面。

“攀登非常重要，因为它将苍蝇定位在有利于真菌传播到最可能的宿主的位置，”Elya说。“真菌通过形成非常特殊和临时的结构跳到新的宿主身上，这些结构突破苍蝇的皮肤并将孢子射入环境中，这些孢子只能在几个小时内有效。这是一个转瞬即逝的过程，所以有利的地位是生存的一切。

在加州大学伯克利分校期间，Elya开发了一个实验室模型，她称之为Entomophthora muscae-Drosophila melanogaster“僵尸蝇”系统，使用她在后院发现的野生真菌分离物。有了这个系统，Elya可以持续感染果蝇 - 实验室主食，并在被认为模仿苍蝇内部环境的培养基中独立于苍蝇宿主培养真菌。

登顶在科学文献中多次出现，但研究只是对死屋苍蝇的观察。从来没有人观察过苍蝇在生命的最后几个小时里的行为。Elya 着手填补苍蝇峰会时会发生什么的知识空白，开发一种高通量行为测定来自动跟踪数百只受感染的苍蝇。在利用这个平台监控苍蝇变成僵尸的行为时，她遇到了一个惊喜。

“我们发现登顶不是攀登，”埃利亚说，“实际上是在苍蝇死亡前大约两个半小时开始的运动活动爆发。

有了这一发现，Elya和合著者将她的系统与实验室强大的果蝇遗传工具包配对，以创建按需僵尸苍蝇。通过这些和作者的新行为测定，他们可以识别苍蝇登顶所需的基因和神经元。

“总的来说，我们发现苍蝇荷尔蒙轴正在调解登顶行为。当我们沉默这些神经元时，苍蝇在登顶时真的很糟糕，“Elya说。这些神经元将投射发送到产生幼年激素的神经血液器官，幼年激素是一种在昆虫中保守的激素。“我们认为真菌实际上正在驱动这些神经元的活动，以驱动这种激素的释放，这导致苍蝇有这种运动活动的爆发。

然后，Elya和合著者能够收集由数百只受感染的苍蝇组成的行为数据集，然后他们用它来训练计算机在苍蝇登顶时识别它们。这个分类工具使研究小组能够发现真菌细胞以有组织的方式侵入果蝇的大脑，在高峰期间占据大脑的特定区域。

有趣的是，研究小组还发现，当接触到真菌时，苍蝇的血脑屏障会受到损害。通常，神经元受到保护，免受通过苍蝇体内循环的血液的影响。血脑屏障的破坏对神经元所接触的东西具有重要影响，可能允许血液中循环的东西与大脑中的神经元相互作用，从而为调节神经活动提供途径。

“我们认为这对于真菌推动行为改变的方式可能很重要，”Elya说，“我们实际上发现你可以从正在做顶峰行为的苍蝇身上抽血，把它放进幼稚的苍蝇中，并驱动一些增加的运动。因此，我们已经证明，至少可以通过转移飞血来概括这种登顶行为的部分能力。

Elya说，这些实验表明，一些血液传播的因素可以驱动登顶行为，尽管目前尚不清楚这些因素的身份是什么或谁产生它们(真菌或苍蝇)。

Elya希望接下来开发转基因，以帮助调节真菌方面的东西，以及已经可以在苍蝇中产生的扰动。“这里还有很多悬而未决的问题，”她说，“真菌在做什么仍然是一个谜。