科學家發現人類免疫系統對深海微生物失去免疫作用

科學家從太平洋表面下1。6公里多的地方收集一些細菌樣品,研究發現,這些細菌對人類來說是如此的陌生,以至於我們的免疫細胞甚至沒有記錄它們的存在,使它們對我們的免疫系統完全不可見。

科學家發現人類免疫系統對深海微生物失去免疫作用

這完全違背了免疫學的一個經典原則——人類免疫系統進化到能夠感知每一種微生物,從而捕捉到傳染性微生物。

“當時的想法是,免疫系統是一個多面手,它不在乎什麼東西是不是威脅,它只是擺脫了它。但到目前為止,還沒有人真正對這一假設進行過壓力測試,”波士頓兒童醫院的免疫學家、研究負責人之一喬納森·卡根(Jonathan Kagan)對《生活科學》說。

為了測試這一點,研究人員必須找到以前從未接觸過哺乳動物免疫系統的細菌。他們在夏威夷西南1,650英里(2,655公里)的吉里巴斯的菲尼克斯群島保護區中的太平洋中部深處選擇了一個地點。

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研究報告的合著者、波士頓大學海洋生態學家蘭迪·羅特揚(Randi Rotjan)在接受《生活科學》採訪時說:“這裡不僅是深海,而且是海洋中最深、最古老、最偏遠、最受保護的部分。”

“它有4000米(13100英尺)深;沒有常駐的哺乳動物;而且它在赤道空間,那裡甚至不會有任何鯨魚,因為那裡有沒有任何鯨落,”羅特揚說,他指的是鯨魚往往在一個半球繁殖,在另一個半球覓食,因此它們只會在遷徙時越過赤道。

“這是一個很好的地方,似乎可以找到與我們在陸地上接觸的細菌完全不同的細菌。”

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一到那裡,研究人員就用一艘遙遠的潛艇從水、海綿動物、海星和沉積物樣本中採集海洋細菌,然後將它們培育成117種可培養的物種。

在確定了細菌的特徵後,研究人員將其中50種菌株引入小鼠和人類的免疫細胞。令他們驚訝的是,他們發現80%的微生物(大多屬於莫里氏菌屬),逃脫了檢測。研究中使用的哺乳動物骨髓免疫細胞上的受體無法看到它們。

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卡根說:“這真是令人驚訝。”卡根說,“最終,您會發現免疫系統是由附近存在的缺陷在本地定義的,並且這些缺陷和免疫力是一起進化的。如果您將免疫系統帶入另一個生態系統,那麼那裡的很多細菌都會免疫沉默。”

例如,卡根補充說:“太平洋深處有一種無脊椎動物對大腸桿菌視而不見。”

為了縮小海洋細菌的哪些特徵使我們的免疫受體視而不見它們,研究小組還將小鼠和人類細胞暴露於細菌細胞壁的一個特定部分,即脂多糖(LPS)。眾所周知,哺乳動物的免疫系統利用細菌細胞壁的最外層來識別所謂的革蘭氏陰性細菌並與之抗爭。

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研究人員發現哺乳動物細胞的受體本身也對脂多糖視而不見。

“LPS分子看起來與陸地上的細菌相似,但其中許多完全沒有反應,”卡根說,“這是因為脂多糖上的脂鏈比我們在陸地上習慣的要長得多,但我們仍然不知道為什麼這意味著它們可以不被發現。”

研究人員說,儘管深海細菌具有逃避檢測的可怕能力,但它們不構成任何感染人類的風險。

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“首先,它們還沒有進化到逃避哺乳動物免疫系統的地步,所以如果有任何致病性,那都是偶然的。”羅特揚說,“第二個不太可能的原因是,我們體內的溫度、壓力和化學環境與海底的情況截然不同。這些細菌在正常棲息地之外的幾分鐘內都不開心。”

現在研究人員已經為這些外來細菌如何與我們的免疫系統相互作用奠定了基礎,他們計劃應用這些知識來幫助開發更好的免疫療法。他們還希望回到吉里巴斯,檢查這些細菌進化後感染的生物體的免疫系統。

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3月12日,研究人員在《科學免疫學》雜誌上發表了他們的發現。