这种细菌有毒！线虫如何将危险信息传递给后代？

　　

当小朋友将玩具塞进嘴里时，大人通常会告诉他：“上面有细菌，你会生病的。”他当时未必会听，但慢慢学会不再吃玩具。尽管其他动物不像人类一样能够与后代好好交谈，但这并不意味着它们无法向后代说明潜在的危险。

秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）就是这样一种聪明的动物。它们以铜绿假单胞菌（P. aeruginosa）等细菌为食，但在某些环境条件下，铜绿假单胞菌会导致线虫生病。2019年，普林斯顿大学的研究人员发现，当母亲因铜绿假单胞菌而生病时，它们就会避开这种细菌。不仅如此，一直到后面的第四代都会避开它。经过四代之后，这种回避行为才会消失。

线虫早已被人们广泛研究，其体内每个细胞的身份（如神经元、肌肉细胞和肠道细胞）都已被人们所熟悉。然而，这种跨代回避的复杂行为还是让研究人员惊讶。后续研究发现，这种行为仅限于致病的铜绿假单胞菌。那么，线虫究竟如何知道它们正在吃的细菌的身份？

为了调查这个问题，研究人员在细菌中加入了从铜绿假单胞菌中分离出的不同物质，并用这种无害的细菌来喂养线虫。他们加入的物质包括铜绿假单胞菌的代谢产物或遗传物质（包括DNA、RNA和蛋白质）。

普林斯顿大学的分子生物学教授Coleen Murphy说：“与我们最初的预期不同，信号并非来自细菌的代谢产物，而是来自细菌产生的小分子RNA，特别是与细菌致病状态相关的小分子RNA。”他们发现，遗传的回避行为需要一种特定的非编码RNA，称为P11。“P11这种小分子RNA本身并不会让线虫生病，”她补充说。

Murphy及其同事发现，一旦线虫吃掉细菌，P11就会被线虫的肠道吸收并加工，然后进入线虫的卵子和精子中。线虫的母亲是雌雄同体，因此拥有两种类型的生殖细胞并可以自我受精。

之后，P11被传送到控制回避行为的神经元，在那里它会破坏线虫的某一段mRNA，导致线虫无法产生一种名为macoilin的蛋白质。通过这种方式，线虫就知道应该避开致病菌。P11在线虫生殖细胞中的存在确保了它可用于后几代的线虫。

这项成果于9月9日发表在《Nature》杂志上。“据我们所知，这是第一个发现动物宿主‘读取’病原体小分子RNA并产生应答使其保持健康的例子，这是一种新生的适应性免疫应答，”Murphy谈道。这种通过小分子RNA进行物种间交流的现象为今后的研究开辟了一个新领域。（生物通 薄荷）

原文检索

Kaletsky, R., Moore, R.S., Vrla, G.D. et al. C. elegans interprets bacterial non-coding RNAs to learn pathogenic avoidance. Nature (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2699-5