海豚和鲸鱼如何对抗疾病威胁

海豚，鲸鱼和其他鲸类很容易受到与人类相同的健康危害，包括汞，短毒素(如赤潮)和小叶霉病。它们还是重要的哨兵物种，以突出与环境和公共卫生相关的问题。然而，了解这些水生哺乳动物如何对抗致病病原体，如何适应不断变化的致病威胁，以及如何触发其免疫反应一直是一项挑战。

佛罗里达大西洋大学研究人员最近发表的两篇论文揭示了鲸类动物如何在不断变化的病原体群落的进化“军备竞赛”中争夺生存。由于致病威胁和传染病风险的变化，鲸鱼和海豚必须适应这些变化。今天的问题是他们能够快速适应吗?

在PLOS One发表的一项开创性研究中，FAU海港分支海洋研究所的研究人员发现，鲸类动物在这种进化军备竞赛中使用了几种策略来取得成功。脊椎动物的免疫反应是通过一系列快速进化的基因介导的，称为主要组织相容性复合体或MHC。MHC作为对抗病原体的早期预警系统，不仅可以发出警报，还可以激活武装反应。为了做到这一点，MHC蛋白质需要能够在分子水平上区分“朋友”和“敌人”。类似于锁定和锁定机制，个体的MHC“锁定”必须能够与病原体的肽“钥匙”结合以启动防御序列。

FAU团队发现，这些鲸目动物不仅保留了锁类型中的遗传多样性，即有助于引发免疫反应的结合口袋的构象，它们还在如何调节许多产物的生产中选择多样性。需要的锁。MHC受到调节以防止过多的活动，其中免疫系统可能攻击自己的细胞以及活动太少，其中免疫系统不会快速或强烈地对真实威胁作出反应。

“这是鲸类群体中第一次尝试使用MHC构象和调节遗传变异作为疾病易感性的早期指标，”该研究的第一作者，FAU海港分部研究员Heidi JT Pagan博士说。

异教徒和合作者希望为鲸目动物开发更全面的MHC标记系统，并结合传统和下一代测序方法进行基因分型。他们应用这种标记系统来研究在对比的河口和海洋生境中塑造海豚MHC多样性的进化和人口力量。

通过将这些遗传数据与由Torrey Pines分子研究所的Colette T. Dooley博士开发的免疫蛋白质组学方法相结合，研究人员现在对鲸鱼和海豚如何继续适应其当前状况有更为全面的了解。致病环境。

Dooley应用免疫遗传学和免疫蛋白质组学技术并对组合文库进行建模，以确定在佛罗里达州的河口和沿海宽吻海豚中发现的MHC 能够识别哪种类型的肽(“关键”)。从那里，她使用生物信息学来确定哪些微生物可能产生这些特征分子。

“我们第一次明确了解所涉及的病原体，现在我们已经制定了研究团队的路线图，以便研究其他物种，包括人类，以便用于实现这一目标，”Dooley说道，他在FAU上发表了这些研究结果。八月份参加PLOS One的团队。“这些见解将使我们能够改善对这些暴露于特定疾病威胁的鲸目动物的人口健康预测。”

宽吻海豚栖息在佛罗里达州大西洋沿岸的近岸水域以及许多河口，海湾和泻湖中，包括256公里长的印度河泻湖(IRL)河口系统。已经发现沿海种群在人口统计学和遗传学上与许多这些种植和泻湖种群不同，尽管一些基因流动和运动也已被记录。

化学污染，高营养输入，盐度下降，海草栖息地丧失和富营养化都导致IRL河口系统的栖息地质量不佳。对于几种鲸目动物，已经记录了种群之间的差异甚至个体对疾病的易感性，并且通常与免疫抑制污染物的浓度有关。

“通过这些突破，我们现在终于拥有了帮助野生动物管理者和卫生专业人员从个体动物如何设计识别环境中的微生物分子并发起免疫反应的角度评估疾病风险的工具，”研究小组负责人说。 Greg O'Corry-Crowe，博士，FAU海港分公司的研究教授。“我们现在需要将这些工具直接带入现场并将其应用于其他物种。”

2013年，不同数量的大西洋宽吻海豚在佛罗里达州东海岸一直死亡，一直到佛罗里达群岛。然而，墨西哥湾的海豚并未受到影响。这向研究人员表明，多种因素可能影响疾病传播的空间变异，并在不同程度上影响邻近人群。

“虽然我们已经了解了很多关于'锁'脊椎动物种群所具有的变异，但我们对迄今为止对致病'钥匙'的确认知之甚少，”O'Corry-Crowe说。

“这一问题已成为将MHC多样性研究应用于野生种群应对疾病威胁能力的实际评估的巨大障碍。”