基因活动如何塑造跨物种免疫？抗病毒和抗菌免疫进化图

通过对六种哺乳动物物种中超过25万个细胞的基因进行测序，来自惠康桑格研究所、EMBL欧洲生物信息学研究所的研究人员及其合作者证明了免疫反应中的基因如何在细胞和物种之间产生不同的活性。

发表在今天(10月24日)《自然》杂志上的这项研究，以前所未有的细节展示了细胞对病原体入侵的初始反应中激活的基因-先天免疫反应。他们利用单细胞基因组学技术测量了超过25万个细胞中数千个基因的活性，以绘制抗病毒和抗菌免疫的进化。

先前的研究表明，许多参与先天免疫反应的基因在脊椎动物中迅速进化。这被认为是由细菌和病毒等病原体的持续压力造成的。其中包括产生细胞因子和趋化因子的基因，这些基因以多种方式发挥作用——有些是引起身体危险的炎症分子；其他人限制病原体繁殖的能力和其他诱导细胞死亡的能力。它们代表了一种成功的宿主策略，可以对抗快速发展的病原体。

研究小组表明，这些基因在物种间进化迅速，在个体组织内的不同细胞中具有高度可变的活性。

相比之下，他们发现物种之间保守的基因，以及调节免疫反应的基因，在组织内的细胞间更一致地被激活。这些基因可能受到更严格的限制，因为它们参与细胞内许多不同的功能。但是，它们也是病毒的目标。这些受限制的基因代表了一个致命弱点，被病原体用来破坏免疫系统。

这项研究的第一作者，威康桑格研究所的Tzachi Hagai博士说：“我们认为这种激活模式——一些基因处于严格控制之下，而另一些基因具有更多可变的活性——已经进化成为一种微调免疫反应的方式。它是有效的，但也是平衡的。“基因可以进化来帮助细胞控制攻击者，这些基因的使用在细胞之间会有所不同，因此周围的组织不会受到大规模脱落的影响。”

这项研究的高级作者，惠康桑格研究所细胞遗传学负责人莎拉泰希曼博士说：“单细胞分辨率的DNA测序的强大功能意味着这种研究现在可以进行了。估计有37万亿个细胞。每个人的身体都有相同的遗传密码。但是单个细胞的行为不同，它们使用遗传密码的方式也不同。通过研究单个细胞，我们可以了解这些生命的基本组成部分以及它们如何协同工作——包括它们如何抵抗病原体。”

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