神奇的動(dòng)物：能通過傷口傳染癌癥的神秘動(dòng)物

癌癥號(hào)稱“眾病之王”，而會(huì)傳染的癌癥聽起來(lái)尤其可怕。在大洋洲的一座小島上，一種傳染性癌癥長(zhǎng)期在袋獾當(dāng)中流行，導(dǎo)致種群數(shù)量在二十多年中減少 80%。科學(xué)家曾經(jīng)十分擔(dān)心這種疾病將使袋獾滅絕，但最近發(fā)表的一項(xiàng)新研究帶來(lái)了好消息，也為傳染病研究提供了新的思路。

圖片來(lái)源：Pixabay

來(lái)源 華盛頓州立大學(xué)，《國(guó)家地理雜志》等

編譯 謝一璇 戚譯引

袋獾（Sarcophilus harrisii）擁有“塔斯馬尼亞惡魔”的別名，它是澳大利亞塔斯馬尼亞島上的特色物種，也是現(xiàn)存最大的食肉有袋動(dòng)物。而在上世紀(jì) 90 年代末，人們發(fā)現(xiàn)袋獾種群中流行起一種奇怪的疾病：染病袋獾的臉上長(zhǎng)出巨大的腫瘤，然后化膿潰爛，導(dǎo)致難以進(jìn)食，通常在感染后六個(gè)月內(nèi)就會(huì)餓死。

很快，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這竟然是一種具有傳染性的癌癥。袋獾的求偶過程往往伴隨著激烈的打斗，在這個(gè)過程中，患病袋獾的癌細(xì)胞會(huì)通過傷口進(jìn)入另一只袋獾的身體，安營(yíng)扎寨。自從 1996 年被發(fā)現(xiàn)時(shí)起，這種疾病已經(jīng)導(dǎo)致袋獾的種群數(shù)量減少了 80%?？茖W(xué)家擔(dān)心袋獾會(huì)因此滅絕，更擔(dān)心這種疾病一旦發(fā)生跨物種傳播，將危及島上生活的其他許多特色物種，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成不可逆轉(zhuǎn)的破壞。

好消息是，12 月 10 日發(fā)表在《科學(xué)》（Science）雜志上的一項(xiàng)研究表明，袋獾面部腫瘤正在從大流行病轉(zhuǎn)變?yōu)榈胤叫粤餍胁?，這意味著疾病的傳播速度正在放緩，每只染病袋獾只會(huì)傳染一只或更少的動(dòng)物。該研究團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)的方法也為研究其他復(fù)雜病原體提供了新的思路。

盡管我們知道一些癌癥能夠由病毒引發(fā)，比如人乳頭瘤病毒可能導(dǎo)致宮頸癌的發(fā)生。但這類癌癥的發(fā)病機(jī)制，是病毒的反復(fù)感染對(duì)體內(nèi)的某些組織造成了損傷，使其惡變?yōu)榘┘?xì)胞，并不是癌細(xì)胞直接從一位患者轉(zhuǎn)移到另一位患者身上。而在塔斯馬尼亞袋獾當(dāng)中，癌細(xì)胞本身就是傳染因子。

袋獾面部的腫瘤組織本身比較松散，當(dāng)它們打斗的時(shí)候，癌細(xì)胞很容易脫落下來(lái)，通過傷口進(jìn)入另一只袋獾的身體。而出于某種原因，這些癌細(xì)胞表面上主要組織相容性復(fù)合體（MHC）的數(shù)量極少，使得其他袋獾的免疫系統(tǒng)無(wú)法將其識(shí)別為異物。

袋獾尖銳的牙齒。圖片來(lái)源：Pixabay

遺傳分析已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，引起袋獾面部腫瘤的癌細(xì)胞，最初來(lái)源于一只不知已經(jīng)死了多少年的袋獾。值得注意的是，腫瘤細(xì)胞都會(huì)缺失相同的染色體或染色體片段，而在患病袋獾的其他細(xì)胞中卻沒有這些遺傳改變。因?yàn)椤傲闾?hào)袋獾”早就死了，也就沒人能弄清楚到底是什么因素使那只袋獾發(fā)生突變，致使腫瘤具有了傳染性。

由于這種癌癥通過交配時(shí)的撕咬傳播，幾乎每只成年袋獾都暴露在疾病風(fēng)險(xiǎn)中。這也極大影響了種群的繁衍。過去，雌性袋獾往往要到兩歲才開始生育，在 5 到 6 年的壽命中一般能養(yǎng)育三批幼崽；而這種疾病使得許多袋獾無(wú)法活過三年，只能養(yǎng)活最多一批幼崽。

好消息是，這種兇險(xiǎn)的疾病出現(xiàn)了緩和的跡象。由美國(guó)華盛頓州立大學(xué)（Washington State University）生物學(xué)家 Andrew Storfer 帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)首次使用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的基因組工具，對(duì)塔斯馬尼亞袋獾的面部腫瘤疾病進(jìn)行追蹤。這項(xiàng)技術(shù)通常用于追蹤流感或新冠病毒這樣的流行病病毒。該研究團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)的方法也為研究其他復(fù)雜基因病原體提供了新的思路。

該研究于 12 月 10 日發(fā)表在《科學(xué)》（Science）雜志上。研究表明，袋獾的大流行病正在轉(zhuǎn)變?yōu)榈胤叫粤餍胁。@意味著疾病的傳播速度正在放緩，每只染病袋獾只會(huì)傳染一只或更少的動(dòng)物。

Storfer 說(shuō)：“這是一個(gè)謹(jǐn)慎樂觀的信號(hào)。我認(rèn)為我們將會(huì)看到袋獾（這個(gè)物種）繼續(xù)生存，比原來(lái)數(shù)量更少，密度更低，但十年前對(duì)袋獾將會(huì)滅絕的預(yù)測(cè)不大可能成為現(xiàn)實(shí)。”面部腫瘤疾病對(duì)已感染的袋獾來(lái)說(shuō)仍然是致命威脅，但這項(xiàng)研究以及之前的實(shí)地研究一致認(rèn)為，這種狀態(tài)似乎正在達(dá)到平衡。

此前為了保護(hù)這個(gè)物種，當(dāng)?shù)氐墓ぷ魅藛T開始圈養(yǎng)健康袋獾進(jìn)行人工繁育，然后在鄰近的島嶼上野放。但最新研究作者稱，這一新證據(jù)意味著應(yīng)該謹(jǐn)慎考慮是否將圈養(yǎng)繁殖的袋獾放歸野外。Stofer 說(shuō)：“主動(dòng)管理沒有必要，甚至可能有害?？雌饋?lái)，袋獾種群正在通過自然演化提高對(duì)腫瘤的抵抗力。如果引入一群基因不成熟的圈養(yǎng)個(gè)體，它們與野生個(gè)體雜交將混合基因池，導(dǎo)致種群適應(yīng)性降低。”這些未經(jīng)感染的圈養(yǎng)繁殖袋獾個(gè)體也可能加劇疾病在不同袋獾群體之間的傳播。

塔斯馬尼亞自然環(huán)境，圖為搖籃山（Cradle Mountain）。圖片來(lái)源：Pixabay

塔斯馬尼亞袋獾的遺傳多樣性原本就較小，尤其是 MHC 基因家族。這可能是因?yàn)榇档姆N群數(shù)量曾經(jīng)急劇減少，或者曾有某種疾病在袋獾中肆虐，以至于僅剩下了一小群基因組成相似的袋獾。而如果一個(gè)種群的遺傳多樣性缺失，絕大多數(shù)個(gè)體都攜帶一套高度相似的基因，個(gè)體的免疫系統(tǒng)就會(huì)難以識(shí)別異體細(xì)胞，以致不會(huì)啟動(dòng)殺傷程序，或者僅產(chǎn)生微弱的免疫反應(yīng)。這可能是傳染性癌癥會(huì)發(fā)生在袋獾當(dāng)中的一個(gè)重要原因。

此前的研究主要依據(jù)實(shí)地考察和建模來(lái)試圖理解袋獾面部腫瘤疾病的傳播，而這項(xiàng)研究首次利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法成功追蹤這一傳染性腫瘤。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)采用基因測(cè)序來(lái)調(diào)查病原體譜系之間的進(jìn)化關(guān)系，以了解和預(yù)測(cè)疾病在種群中傳播的方式。這種方法常用于追蹤病毒的傳播，比如流感和新冠病毒這些會(huì)在基因組中快速積累突變的病毒。

塔斯馬尼亞袋獾面部腫瘤的基因比病毒基因復(fù)雜得多。由于這種疾病是一種源自動(dòng)物自身細(xì)胞的癌癥，因此需要追蹤的是袋獾的基因，其數(shù)量要比一般的病毒病原體多出成千上萬(wàn)個(gè)。在這項(xiàng)研究中，研究人員從腫瘤樣本中篩選出超過 11，000 個(gè)基因，以尋找正迅速累積突變的、體現(xiàn)鐘樣進(jìn)化（clocklike，即恒速進(jìn)化）的基因。最終他們確定了 28 個(gè)基因，包含超過 430，000 個(gè)堿基對(duì)。作為對(duì)比，新冠病毒的基因組只含有 29，000 個(gè)堿基對(duì)。

此次突破性進(jìn)展的背后是使用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法進(jìn)行了數(shù)月的艱苦計(jì)算，Storfer 將此歸功于他的博士生 Austin Patton。Patton 近期于華盛頓州立大學(xué)獲得博士學(xué)位，現(xiàn)在是加州大學(xué)伯克利分校的博士后研究員。

Patton 說(shuō)：“這項(xiàng)研究取得的最令人振奮的進(jìn)展之一，就是它表明可以將系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法應(yīng)用于幾乎所有病原體的研究。它使這種重要的病毒研究方法得以推廣，應(yīng)用于影響全人類和野生動(dòng)物的各種新的病原體上。”

擴(kuò)展閱讀：

1、團(tuán)體定制活動(dòng)

2、科普進(jìn)校園內(nèi)容

3、公益科普活動(dòng)和更多研學(xué)活動(dòng)