《Insect Molecular Biology》:From biology to biotechnology: Host-regulation factors from parasitoid wasps are a source of bioactive molecules with translational potential
寄生蜂的寄生现象是一种营养策略,在昆虫中多次进化,但在膜翅目(Hymenoptera)中达到了最大的多样性和机制复杂性。寄生蜂的生态成功与其通过时间协调且区室化的母体因子和胚胎因子库来调节宿主生理的能力密切相关。母体组分,包括毒液(venom)、萼液(calyx fluid)和多分DNA病毒(polydnaviruses),在产卵时递送,而胚胎因子,如畸形细胞(teratocytes)和幼虫分泌物,在宿主体内整个幼虫发育过程中发挥作用。总之,这种多样化的分子效应物工具包操纵宿主免疫、内分泌信号、代谢、发育和行为,从而确保寄生蜂幼虫的存活。本综述首先考察寄生现象作为一种进化和生态策略,强调多样的宿主利用策略。然后研究人员检查参与宿主调控的主要分子工具及其在寄生蜂-宿主相互作用中的机制作用。最后,研究人员批判性地评估这些分子的生物技术潜力,重点是可能作为多肽工程、重组技术和生物启发分子开发模板的蛋白质和肽,特别是用于杀虫剂和抗微生物剂。
引言(INTRODUCTION)
昆虫纲(Insecta)是动物界中最多样化的分类群,超过110万种已被描述。约4.8亿年来的众多适应使这类动物占据了广泛的生态位。其中一个例子是飞行能力,出现在石炭纪约3.24亿年前,促进了高效扩散和逃避捕食者。全变态(holometabolism)在泥盆纪出现,允许同种昆虫占据多个生态位。在促进昆虫成功的众多适应中,毒液和毒液注射装置的进化是最精致和成功的性状之一。毒液作为液体分泌物注入,由多种毒素组成,主要颠覆宿主的各种生理过程。捕食性半翅目(如猎蝽科Reduviidae)和膜翅目(如胡蜂科Vespidae)使用毒液引起麻痹和/或体外消化猎物。此外,一些鳞翅目幼虫使用毒液防御捕食者。寄生蜂,特别是膜翅目,以更复杂的方式使用毒液,因为除了麻痹(通常不杀死)宿主外,毒液还用于重编程宿主生理,提供稳定、无病原体的环境,有利于其幼虫发育。
寄生蜂是不成熟阶段在单个宿主体内或体表发育,从中获取营养,并最终杀死宿主的生物。这种生活史策略不同于真正的寄生(寄生虫通常利用宿主而不一定导致其死亡)和捕食(通常在发育或成虫期消耗多个猎物)。因此,寄生现象占据寄生和捕食之间的生态位置,是陆地生态系统中最独特的营养策略之一。膜翅目寄生蜂具有操纵宿主免疫、发育、代谢和行为的显著能力。它们操纵宿主的机制分为母体和胚胎因子。母体来源的因子由雌性寄生蜂产生,通常与卵一起沉积,通常包括卵巢萼液、多分DNA病毒和毒液。胚胎因子包括畸形细胞和发育中的寄生蜂幼虫,两者在卵孵化后有助于对宿主的生理操纵。来自母体和胚胎因子的分子在寄生蜂-宿主相互作用中起核心作用,通过复杂的蛋白质、肽和低分子量化合物混合物确保寄生蜂存活和后代发育。除了生态重要性外,一些毒液组分也代表了在害虫管理、分子生物学和药物发现中应用的候选者。本综述将膜翅目寄生现象作为进化和生态策略进行考察,概述参与寄生蜂-宿主相互作用的主要母体和胚胎宿主调控因子,并评估这些生物活性分子的生物技术潜力。
寄生现象(PARASITOIDISM)
“寄生”一词指的是一种生态策略,在进化中反复出现,而非与单一单系群相关。虽然寄生蜂在膜翅目中尤其多样和显著,但它们也出现在双翅目(Diptera)、鞘翅目(Coleoptera)、撚翅目(Strepsiptera)、鳞翅目(Lepidoptera)、脉翅目(Neuroptera)和毛翅目(Trichoptera)中。寄生生活方式在不同昆虫类群中的多次独立起源强化了昆虫寄生现象代表了对生态机会和资源特化的若干反复解决方案之一。大多数已描述的寄生蜂物种属于膜翅目,特别是在姬蜂总科(Ichneumonoidea)、小蜂总科(Chalcidoidea)和细蜂总科(Platyastroidea)内。双翅目是第二大寄生蜂类群,主要在寄蝇科(Tachinidae)中。值得注意的是,双翅目寄生现象独立于膜翅目进化,并以不同的形态和发育适应为特征。除膜翅目和双翅目外,寄生现象发生在其他目中,但物种丰富度显著降低。撚翅目是其他昆虫的专性内寄生,主要是半翅目和膜翅目。脉翅目包括螳蛉科(Mantispidae)的寄生代表。某些鞘翅目如Ripiphoridae和Rhipiceridae显示寄生或类似寄生的幼虫发育。鳞翅目提供了罕见的例子,如Epipyropidae,其幼虫寄生蜡蝉,说明了寄生生活方式的其他独立起源。
寄生蜂(PARASITOID WASPS)
基因组和系统基因组分析表明,寄生现象是细腰亚目(Apocrita)的一个祖先特征,起源于三叠纪早期,可能通过生态特化和宿主关联的物种形成促进了随后的多样化。细腰亚目在形态上与广腰亚目(Symphyta)的区别在于第一和第二腹节之间的细腰,这一特征与腹部灵活性增强及特化产卵和蜇刺系统的进化有关。产卵器作为精确的宿主注射装置的进化也可能在寄生蜂(Parasitoida)单系群的多样化中起核心作用。姬蜂科(Ichneumonidae)和茧蜂科(Braconidae)代表了近三分之一的描述膜翅目物种。与其他重要的总科一起,它们占了绝大多数物种丰富度。寄生蜂的进化成功归因于形态适应、行为特化、与宿主的生理兼容性以及高度有效的宿主调控机制的进化。
生态策略(ECOLOGICAL STRATEGIES)
寄生蜂的生态成功与生命史策略的多样性密切相关,这些策略允许它们利用大小、隐蔽性、发育阶段和生理不同的宿主。寄生蜂生态学不是由单一发育模式定义的,而是由涉及体型、产卵特化、宿主定位、发育模式、后代分配和宿主调控策略的一组策略定义。寄生蜂展示了广泛的宿主利用策略,分为三个主要轴:(i)寄生位置——外部(外寄生)与内部发育(内寄生);(ii)寄生后宿主寿命——立即宿主固定(抑性寄生)与持续宿主生长(容性寄生);(iii)每个宿主的寄生蜂数量——单个(独寄生)与多个后代(聚寄生)发育。这些替代策略不仅仅是描述性类别;它们反映了对宿主防御、资源质量和竞争所施加约束的主要进化解决方案。抑性-容性轴具有重大的生态意义,因为它塑造了宿主控制与宿主资源积累之间的平衡。抑性寄生蜂受益于立即宿主固定,减少了不确定性并防止宿主逃逸或进一步防御,但它们受限于产卵时已存在于宿主中的资源。相反,容性寄生蜂利用继续生长的宿主,从而获得更大的资源池;然而,这种策略需要与活的和免疫活跃的宿主长期共存。关于第三个变异轴,独寄生通常每个宿主只产生一个存活后代,而聚寄生产生多个后代在同一宿主体内完成发育。独寄生发育在单个幼虫能有效垄断宿主资源时受到青睐,而聚寄生发育在宿主大小或宿主调控允许同胞间成功资源共享时有利。聚容性寄生蜂通常延长宿主寿命以获得足够资源支持多个寄生蜂幼虫,而独寄生物种更常与强烈的幼虫竞争或生理抑制多余未成熟个体相关。
寄生蜂中的宿主调控分子工具(HOST-REGULATION MOLECULAR TOOLS IN PARASITOIDS)
宿主调控是寄生蜂生物学的核心特征。可定义为寄生蜂对宿主生理的改变,以改善后代存活和发育。这个过程包括在产卵或未成熟发育期间通过母体和胚胎因子的作用诱导宿主生长、取食、代谢、免疫和变态的协调变化。在内寄生中,这些机制特别重要,因为寄生蜂幼虫必须在活宿主体内发育,同时逃避免封装、抑制宿主防御并重新定向宿主资源。除了其机制作用外,宿主调控也是一个重要的生态和进化概念,因为它有助于解释寄生蜂如何使其发育与宿主个体发生同步并适应不同的生活史策略。因此,宿主调控不是寄生现象的病理后果,而是一种综合策略,支撑寄生蜂适合度并塑造多营养级相互作用。
母体来源的因子与卵一起沉积在宿主中。母体因子的例子包括来自卵巢的萼液、病毒样颗粒和多分DNA病毒以及毒液。这些因子负责调节宿主基因表达、改变生殖和觅食行为、停止宿主发育和抑制免疫系统。母体因子特别重要,因为它们在寄生蜂卵孵化前就调节了宿主血腔。胚胎来源的因子包括畸形细胞和寄生蜂幼虫本身。畸形细胞是多倍体细胞,在寄生蜂胚胎发育期间形成。它们从浆膜(包围胚胎的细胞层)解离,在寄生蜂幼虫在宿主体内孵化后。畸形细胞的产生取决于物种特化。例如,一些Encarsia sp.(蚜小蜂科Aphelinidae)不产生畸形细胞。赤眼蜂科(Trichogrammatidae)专门从事卵寄生,已知不产生畸形细胞,但有报道称释放单个畸形细胞。其他类群,特别是容性内寄生,可能在单个宿主中释放数千个畸形细胞。这些细胞已知调节宿主免疫系统、酶降解宿主脂肪体,并破坏其内分泌系统、蛋白质合成和变态能力。寄生蜂幼虫除了取食宿主体液外,还在宿主生理中发挥重要的调控作用。例如,Glyptapanteles sp.属的二龄内寄生幼虫降低了保幼激素酯酶活性。寄生蜂幼虫的唾液也通过降低血细胞活力、封装能力、扩散和酚氧化酶活性发挥多种作用,呈剂量和时间依赖性。
“寄生蜂组学”(PARASITOIDOMICS)揭示宿主调控工具的分子多样性
20世纪90年代末和21世纪初组学技术的普及和发展显著改变了寄生蜂宿主调控研究领域,使得研究整合分子系统成为可能。早期对多分DNA病毒的基因组工作提供了涉及宿主操纵的基因复杂库的第一个大规模视图,从而建立了理解寄生蜂介导的免疫抑制和宿主发育破坏的基因组框架。这种基因组视角后来被对茧蜂病毒(bracovirus)组织、表达和染色体整合的研究扩展,表明寄生蜂相关病毒元件是宿主调控机制的核心组成部分。目前,组合多组学广泛应用于寄生蜂研究,以整合基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学,实现对寄生蜂-宿主相互作用的系统水平理解。通过将分子谱与生理和生态结果联系起来,多组学已成为揭示宿主免疫抑制、内分泌破坏和营养再分配机制的关键,同时也加速了具有生物技术潜力的新型生物活性化合物的发现。在过去的30年中,基于组学的研究越来越多地用于鉴定寄生蜂产生的各种宿主调控因子。即便如此,当巨大的寄生蜂物种多样性与少量研究的物种相比时,很明显这项研究努力仍然相对初级。
基因组、蛋白质组和转录组学研究一致表明,毒液是一种生化复杂的混合物,包含蛋白酶、蛋白酶抑制剂、水解酶、线性和二硫键约束的肽、磷酸酶、酯酶、识别相关蛋白、脂质结合蛋白、氧化还原酶和许多谱系特异性蛋白。整合研究进一步表明,毒液组分在进化上是动态的,由基因复制、可变亚型使用、谱系特异性招募和快速更替塑造,同时仍保留保守的功能核心。结合实验测定和对寄生蜂生物学和生态学的观察,毒液蛋白质组解释了寄生蜂如何快速干扰宿主生物系统,特别是免疫。组学的重要性因此不仅是描述性的,而且提供了对寄生蜂生活方式的机制洞察。
对于寄生蜂相关病毒,基因组水平的研究表明茧蜂病毒起源于祖先的核型多角体病毒(nudivirus),其复制、前病毒片段和颗粒产生是内源化的并在寄生蜂基因组中编码。转录组和比较基因组研究阐明病毒基因在宿主免疫相关组织中表达但不复制,在那里它们有助于免疫调节和宿主内分泌重编程。后来广泛染色体整合的证据强化了病毒颗粒作为毒力基因进入宿主细胞的持久传递系统而非瞬时细胞外因子的观点。
转录组和蛋白质组学研究表明,畸形细胞是寄生动态的分泌调节器。对Cotesia plutellae(菜蛾盘绒茧蜂)的研究表明,畸形细胞表达丝氨酸蛋白酶抑制剂(serpins),抑制酚氧化酶,阻断宿主蜕皮激素受体表达,抑制保幼激素酯酶活性,并干扰宿主发育和变态。对于Cotesia vestalis(半闭弯尾姬蜂),畸形细胞转录组学揭示了与寄生期间新免疫功能相关的基因,如抗菌防御素,表明畸形细胞重塑宿主内部稳态。对Cotesia flavipes(螟黄足盘绒茧蜂)的蛋白质-转录组工作通过揭示畸形细胞在寄生周期中的分泌动力学进一步完善了这一解释,表明大多数畸形细胞分子在寄生最后几天表达。这些发现共同表明,畸形细胞不是被动的胚胎残余,而是动态效应细胞,有助于宿主物种的内分泌破坏、免疫调节、病原体保护和代谢重定向。
蛋白质-转录组研究表明,寄生蜂幼虫可以表达和分泌与营养获取、宿主利用和免疫相互作用相关的分子,表明它们参与宿主调控,而不仅仅是受益于母体和畸形细胞效应物。这很重要,因为幼虫生长对宿主施加了不断变化的生理需求,组学研究现在表明寄生蜂幼虫通过调节营养途径、组织利用和宿主内部平衡积极支持这些需求。与畸形细胞和母体来源一起,幼虫组学有助于完成寄生作为一种跨发育阶段分布的多源调控过程的图景。
总之,寄生蜂组学研究揭示了寄生伴随着区室化和协调的分子库。毒液作为快速母体鸡尾酒,具有多样生化组成和强免疫调节能力。尽管毒液和萼液具有即时作用,但注入宿主血淋巴的毒素在几天内降解。病毒系统提供持久的基因传递机制和长寿命的宿主重编程。萼液贡献早期卵巢因子,促进免疫逃避并准备宿主环境。畸形细胞维持持续的胚胎分泌程序,影响免疫、发育和代谢。幼虫增加与资源获取和成功未成熟发育相关的后期发育调控层。寄生蜂寄生是一个区室化和时间协调的分子库。母系、胚胎和幼虫因子的顺序和整合作用在整个寄生过程中调节宿主生理。底部的箭头强调了这些区室的动态重叠和协调,从产卵到幼虫羽化,强调寄生成功依赖于时空协调的分子网络。该图提供了宿主调控因子的一般概述,但应记住一些寄生蜂类群不产生畸形细胞;事实上,它们在大多数卵寄生、外寄生和抑性内寄生中缺失。同样,如上所述,一些卵寄生,如赤眼蜂科,不依赖共生病毒进行宿主探索。因此,图4的方案对具有完整库的容性内寄生有效,例如C. flavipes,它在寄生的10天(3天卵+7天幼虫)期间保持宿主Diatraea saccharalis(甘蔗螟)存活,并且随后也在幼虫羽化期间,以便宿主毛虫提供对寄生蜂蛹的母性照顾。
从生物学到生物技术(FROM BIOLOGY TO BIOTECHNOLOGY)
除了在寄生蜂生物学和生态学中的作用外,宿主调控因子可以被视为自然选择的分子工具,具有转化潜力。在生物学上,这些分子进化以便在寄生期间在快速递送、高特异性和紧密时间协调的约束下以显着精度起作用。这些相同的特性使它们对生物技术探索具有吸引力。毒液蛋白质和肽为杀虫剂设计和途径调节提供了紧凑且功能多样的支架;多分DNA病毒相关因子是用于持久调控递送和宿主重编程的高效系统;畸形细胞和幼虫分泌物是能够在延长的发育窗口期间重塑生理的分泌效应物的来源。从这个意义上说,得到组学研究支持的寄生蜂生物学不仅揭示了寄生蜂如何利用宿主:它提供了一个概念性和分子平台,用于发现具有异常作用机制的生物活性化合物,并鉴定用于肽工程、重组表达和合成生物学应用的候选物。以下部分研究了这些分子区室如何已经产生了具有农业和人类健康潜在应用的分子线索。
宿主调控分离分子的杀虫活性(INSECTICIDAL ACTIVITY OF HOST-REGULATION ISOLATED MOLECULES)
虽然寄生蜂以其直接用于生物防治而闻名,但它们的宿主调控因子也代表了具有不寻常且潜在可利用作用方式的杀虫分子的宝贵来源。毒液肽、畸形细胞分泌蛋白和多分DNA病毒编码因子进化以破坏昆虫宿主的关键生理过程,包括取食、发育、免疫和存活,通常具有高特异性,并且机制不同于常规化学杀虫剂。因此,这些分子不仅作为理解寄生蜂生物学的工具进行了研究,而且还作为开发生态友好型生物杀虫剂和重组害虫控制策略的模板。
毒液(Venom):从寄生蜂效应物中分离的第一批杀虫化合物是从Bracon hebetor(蝶蛹金小蜂)毒液中分离的两种杀虫毒素,针对六种鳞翅目幼虫进行了测试。73 kDa的毒素Brh-I对烟芽夜蛾Chloridea virescens具有高致死性。最近,在C. flavipes毒液中鉴定出一种更小的杀虫肽毒素,该物种在巴西应用生物防治中具有重大农业相关性。对C. flavipes毒液蛋白质组的蛋白质-转录组分析鉴定出33个残基的富含二硫键的肽Cf4,其对甘蔗螟Diatraea saccharalis具有杀虫性,此外还能调节血细胞活性。有趣的是,Cf4具有胱氨酸结(cystine-knot)基序,常见于蜘蛛毒液毒素中,赋予高水平的生物稳定性。此外,来自寄生蜂Pteromalus puparum的内切核酸酶可能通过非凋亡机制诱导鳞翅目细胞系细胞死亡,被认为是具有独特作用方式的潜在杀虫肽。在最近的一项研究中,将Aphidius gifuensis的9.57 kDa毒素Vn1注射到黄粉虫Tenebrio molitor中,8天内生存率降至51%。该肽被证明调节与免疫反应、环境信息处理、代谢和对外部刺激反应相关的基因表达。
畸形细胞(Teratocytes):C. flavipes畸形细胞产生的ICK肽CftICK-I、II、III和IV被证明能抑制D. saccharalis的血细胞功能,而CftICK-I、II和III降低了幼虫活力和取食。CftICK-III也影响了草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda。这些肽特别有趣,因为ICK支架通常紧凑、稳定且抗蛋白水解降解,使它们成为生物技术应用和蛋白质工程的有吸引力的候选者。虽然畸形细胞衍生的ICK肽的稳定性仍有待实验确定,但我们不知道有任何来自不同来源(如芋螺、植物、蝎子和蜘蛛)的ICK肽不具有卓越的生物稳定性的例子。畸形细胞毒素也被研究用于植物中的潜在转基因表达。来自Microplitis croceipes的畸形细胞分泌蛋白14(TPS14)在转基因烟草中表达,减少了Chloridea virescens幼虫的取食,导致体重增加减少29%,昆虫生存力降低25%。其他研究显示,来自寄生蜂Toxoneuron nigriceps畸形细胞的几丁质凝集素TcChit在烟草和茄属植物中表达后对几种害虫的杀虫潜力。除了死亡率外,表达TcChit的转基因烟草还降低了大豆尺夜蛾Chrysodeixis includens、灰纹夜蛾Spodoptera albula和草地贪夜蛾S. frugiperda的存活率和蜕皮概率。
多分DNA病毒(Polydnavirus):多分DNA病毒编码因子也可以具有杀虫性。在烟草中转基因表达来自T. nigriceps的病毒锚蛋白(TnBVANK)导致饲喂Spodoptera littoralis幼虫的发育延迟和杀虫效果。在其自然环境中,TnBVANK1通过免疫抑制以及内分泌和发育失调起作用,提供了一种不同于经典肠道作用毒素如苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis, Bt)蛋白的作用方式。另一个成功的例子是表达CpBV-CST1的转基因烟草,这是一种源自Cotesia plutellae茧蜂病毒(CpBV)的半胱氨酸蛋白酶抑制剂(cystatin),导致甜菜夜蛾Spodoptera exigua、烟青虫Helicoverpa assulta和桃蚜Myzus persicae的存活率降低。在同一病毒半胱氨酸蛋白酶抑制剂在小菜蛾Plutella xylostella中的瞬时表达减少了封装,并降低了化蛹和成虫羽化率。在多分DNA病毒基因在昆虫病原体中的表达提供了另一种害虫控制途径。异源表达来自Cotesia rubecula共生多分DNA病毒的基因(CrV1)在杆状病毒(AcMNPV-CrV1)中增加了杆状病毒对菜粉蝶Pieris rapae和S. exigua幼虫的杀虫活性。类似地,在杆状病毒中表达来自Cotesia plutellae茧蜂病毒的IκB样基因(CpBV-IkBs)抑制抗病毒反应并增强杆状病毒对小菜蛾的致病性。这证明了一种新的转化策略:寄生蜂效应物可以作为重组昆虫病原体的毒力增强剂,潜在地改善生物防治,而不依赖于单独的毒素。此外,许多细菌和真菌昆虫病原体的高度受限宿主范围可以限制对非目标物种的影响,包括关键的传粉媒介和其他寄生蜂。总体而言,寄生蜂宿主调控因子是杀虫分子的有前途的来源,因为它们可以降低存活率、损害发育和抑制免疫,从而增强害虫控制。尽管功能验证仍然有限,但目前的证据突出了它们开发用于害虫管理的新的生物技术工具的潜力。
来自宿主调控因子的抗微生物和抗感染分子(ANTIMICROBIAL AND ANTI-INFECTIVE MOLECULES FROM HOST-REGULATION FACTORS)
寄生蜂发育不仅取决于宿主免疫的抑制和宿主资源的重新定向,还取决于将寄生宿主维持为具有受控微生物增殖的生物稳定环境。由于寄生蜂未成熟个体与宿主组织和血淋巴密切关联发育,暴露于机会性细菌和真菌代表了对后代存活的额外挑战。在这种背景下,几种宿主调控因子,特别是那些来源于畸形细胞、毒液、萼液和幼虫分泌物的因子,已被证明具有抗微生物或抗感染功能。
毒液(Venom):来自Nasonia vitripennis毒液的defensin-NV是一种富含二硫键(3个二硫键桥)的52个残基防御素样肽。这种防御素对革兰氏阳性菌(金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus MIC 0.93 μM)、革兰氏阴性菌(大肠杆菌Escherichia coli MIC 1.86 μM)和真菌(白色念珠菌Candida albicans MIC 1.86 μM)具有高效力(即低最小抑菌浓度;MIC),使其成为来自毒液的经过充分验证的寄生蜂抗微生物剂。
畸形细胞(Teratocytes):畸形细胞负责在宿主血腔中分泌抗微生物蛋白。与多分DNA病毒一起,畸形细胞将宿主维持在足够免疫 competent状态以保护寄生蜂幼虫免受外部感染。例如,C. vestalis畸形细胞表达多种具有抗感染功能的因子,包括CvT-defensin 1和CvT-defensin 3。两种防御素都抑制革兰氏阳性枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis和革兰氏阴性大肠杆菌E. coli的生长。缺乏畸形细胞的宿主在病原体攻击后遭受更高的死亡率,表明畸形细胞直接有助于寄生期间的感染管理。抗微生物肽的表达也是病原体依赖的。例如,在寄生P. xylostella中,畸形细胞衍生的serpin CvT-serpin15的相对表达在S. aureus和E. coli感染后48小时从几乎0增加到近80。重组CvT-serpin15降低了S. aureus在体外的生长并增加了宿主存活率。有趣的是,这种serpin变体的高水平表达并未损害酚氧化酶活性,而serpins通常抑制酚氧化酶激活。作者认为CvT-serpin15可能抑制病原体蛋白酶。抗微生物serpins的发现为探索寄生蜂宿主调控因子开辟了新机会。在随后的研究中,来自C. vestalis畸形细胞的另外两个serpins,CvT-serpin3和CvT-serpin5,被证明能抑制S. aureus生长并减少注射到P. xylostella后的菌落形成单位(CFUs)数量。这些数据证实serpins可以对病原体有直接抗微生物作用,最可能通过抑制细菌蛋白酶。抗微生物肽也由C. flavipes畸形细胞产生。两种这些畸形细胞衍生的ICK肽,CftICK-I和CftICK-II,显示出对抗C. albicans的抗真菌活性。同一研究表明这些肽对人类细胞无毒,这一观察加强了它们作为抗微生物候选药物的潜力。最近的一项研究表明,C. vestalis畸形细胞在细菌攻击诱导下产生hymenoptaecin,该蛋白有助于降低细菌负荷并提高P. xylostella在受到E. coli和S. aureus攻击时的存活率。
多分DNA病毒(Polydnavirus):大多数寄生蜂相关病毒因子主要以宿主免疫抑制效应而闻名,而不是直接抗细菌或抗真菌活性。例如,来自C. plutellae的茧蜂病毒在细菌攻击后抑制宿主抗微生物肽PxCec的表达。同样,来自Cotesia congregata茧病毒的重组糖蛋白CcV1抑制免疫识别分子hemolin,降低脂多糖结合、细菌凝集和血细胞对细菌的吞噬作用。然而,存在与宿主免疫系统相关的双重功能病毒蛋白。来自C. vestalis茧病毒的C型凝集素(CvBV_28–1)抑制宿主血细胞增殖和封装,但也通过Ca2+依赖性凝集促进细菌清除,特别是针对S. aureus。这种双重性表明寄生蜂病毒不仅简单地抑制宿主免疫,而且它们取代了抗寄生蜂因子,同时添加了防止宿主败血症的抗细菌保护。
幼虫因子(Larval factors):寄生蜂幼虫不仅是早期宿主调控的被动受益者;它们还可以主动产生分泌物,从宿主组织释放营养,保护其取食环境免受微生物污染,同时继续削弱宿主防御。例如,C. vestalis幼虫在E. coli和S. aureus攻击后产生抗微生物防御素Cv-def-3和CvT-def-1。P. puparum幼虫的唾液抑制B. subtilis、S. aureus和Pseudomonas aeruginosa的体外生长;增加宿主血细胞死亡率;并抑制血细胞扩散、封装和黑化。因此,幼虫唾液将直接抗微生物作用与抗宿主免疫作用结合在单一分泌物中。宝石蜂Ampulex compressa幼虫用含有低分子量抗微生物分子的口服分泌物浸渍其宿主,鉴定为特别是(R)-(?)-mellein和micromolide。这些化合物在肉汤条件测定中差异抑制革兰氏阴性粘质沙雷氏菌Serratia marcescens和革兰氏阳性猪葡萄球菌Staphylococcus hyicus。这是一个特别有趣的例子,因为这里的抗微生物活性不是基于蛋白质或肽,而是基于幼虫部署的小分子。
萼液(Calyx fluid):最近一项关于Cotesia glomerata萼液功能的研究表明,寄生和注射萼液加毒液显着改变了大白菜粉蝶Pieris brassicae幼虫下唇唾液腺中的细菌群落组成。在血淋巴中,寄生改变了几种细菌的相对丰度,并且仅在寄生幼虫中检测到沃尔巴克氏体Wolbachia,表明寄生蜂可以重塑宿主微生物群,超越肠道,并可能通过唾液相关微生物影响植物-草食动物相互作用。Salvia等人表明,来自茧蜂Toxoneuron nigriceps的卵巢/萼液蛋白是宿主免疫细胞的主要早期调节因子,引起氧化应激、肌动蛋白细胞骨架修饰、空泡化、封装能力丧失和血细胞死亡。这些效应不是细菌杀死的直接证明,但它们将萼液定义为可以有力改变宿主中免疫学和微生物动力学的区室。
结论(CONCLUDING REMARKS)
寄生蜂进化出了整合和区室化的宿主调控系统,结合了母体因子(如毒液、萼液、病毒样颗粒和多分DNA病毒)和胚胎因子(包括畸形细胞和幼虫分泌物)。总之,这些效应物通过多种蛋白质、肽和其他生物活性分子重新塑造宿主免疫、发育、代谢和生理。虽然寄生蜂已在生物防治中确立地位,但本文综述的证据表明,它们的宿主调控机制是潜在生物技术价值的分子的丰富且仍未充分探索的来源。杀虫肽、病毒毒力增强剂、畸形细胞衍生的胱氨酸结肽、抗感染serpins、凝集素和其他调控因子说明了该系统的转化前景。与任何生物先导物类别一样,实现这些寄生蜂衍生肽和蛋白质转化潜力将面临重大挑战,但我们注意到这些挑战已在成功将毒液衍生肽和蛋白质转化为生态友好型杀虫剂和人类治疗药物中得到克服。尽管目前知识集中在少数研究良好的寄生蜂模型(如Cotesia spp.、Toxoneuron nigriceps和Nasonia vitripennis),很大程度上是因为这些物种是大量饲养并广泛用于生物防治,但我们预计未开发的物种(仍占绝大多数寄生蜂)将蕴含具有生物技术潜力的独特宿主调控分子。事实上,仅从少数研究良好的寄生蜂物种中分离出的相当数量的新生物活性分子暗示了这些高度物种丰富的节肢动物作为具有生物技术潜力的分子来源的巨大多样性。未来的进展将取决于整合组学、功能测定和比较生态学,以鉴定新分子、阐明作用机制并评估稳定性、选择性、安全性和工程潜力。总体而言,寄生蜂-宿主调控因子不仅应被视为宿主利用的工具,还应被视为生物启发分子发现的宝贵前沿。