科學家們發現了一種先前未知的方式，海葵藉此防禦病毒，揭示了動物免疫系統的演化可能比先前認為的要多樣得多。新識別出的防禦機制依賴一種蛋白質，該蛋白質與人類最重要的抗病毒蛋白質之一非常相似，但卻執行相反的功能，同時對保護動物免受感染至關重要。這些發現表明，演化在動物界中產生了不止一種成功的對抗病毒策略。
這項研究由耶路撒冷希伯來大學的博士候選人 Ton Sharoni 和 Yehu Moran 教授領導，並與北卡羅來納大學夏洛特分校的科學家合作，發表在《自然生態學與演化》期刊上。它挑戰了長期以來認為動物從共同祖先繼承了單一核心抗病毒系統的觀點，反而指向了抵抗病毒感染的多重演化解決方案。
一種古老的動物提供了關於免疫力的新線索
病毒在演化歷史中一直威脅著生物。在人類和其他脊椎動物中，身體的關鍵抗病毒防禦機制之一依賴一種稱為 MAVS 的蛋白質。當偵測到病毒時，MAVS 有助於觸發免疫系統，以便其能對感染做出反應。
為了研究這種防禦系統可能有多古老，研究人員研究了海葵。這些古老的海洋動物在演化路線上與最終導致人類的路線分道揚鑣，時間超過 6 億年前。由於牠們是珊瑚和水母的近親，海葵為科學家提供了寶貴的視角，得以一窺動物免疫力的早期演化。
在研究期間，團隊發現了一種先前未知的蛋白質，他們將其命名為 CARDIB（CARD Inhibitor Binding protein）。起初，CARDIB 看起來與 MAVS 非常相似，這讓研究人員相信它可能執行與人類相同的抗病毒作用。
「CARDIB 的一切都表明它應該像 MAVS 一樣運作，」耶路撒冷希伯來大學生態、演化與行為學系主任 Yehu Moran 教授說。「相反，我們發現它做的恰恰相反。CARDIB 並非活化抗病毒防禦，而是正常情況下抑制它們。」
一種透過減緩免疫系統來保護的令人驚訝的蛋白質
這項發現立即引發了一個重要問題。為什麼動物會故意抑制自身的免疫反應？
為了找出答案，研究人員使用 CRISPR 基因編輯技術在海葵暴露於病毒之前，移除了牠們身上的 CARDIB 基因。
結果出乎意料。沒有 CARDIB 的海葵更容易受到感染。病毒繁殖得更快，動物未能適當活化其抗病毒防禦，牠們對抗感染的能力急劇下降。
「結果完全違反直覺，」Sharoni 說。「雖然 CARDIB 在正常情況下對免疫系統起著剎車作用，但事實證明，這種剎車對於啟動有效的抗病毒反應至關重要。」
總體而言，實驗表明，海葵依賴一種與人類使用的抗病毒途徑根本不同的途徑，儘管這兩種系統都包含分子成分，它們看起來驚人地相似。
自然環境證實了這項發現
研究人員還想確定這種新識別出的免疫途徑在精心控制的實驗室條件之外是否重要。
為了回答這個問題，基因改造的海葵從實驗室水族箱移至南卡羅來納州的室外海洋中介生態系統，這些系統供應了天然的河口水。這使得動物暴露於其正常環境中發現的各種病毒和微生物。
幾天之內，差異就變得明顯。缺乏 CARDIB 和相關抗病毒基因的海葵，病毒的累積量遠多於未改造的動物。研究人員還發現，一種在實驗室測試中僅顯得中度重要的免疫基因，在自然環境條件下變得至關重要。
「這證明了我們發現的途徑不僅僅是一種實驗室現象，」Moran 說。「牠在幫助這些動物應對自然界中面臨的病毒挑戰方面，發揮著至關重要的作用。」
對抗病毒的多重演化解決方案
這些發現表明，演化並沒有採用單一的通用抗病毒策略。相反，不同動物群體可能獨立開發了獨特的分子系統來偵測病毒並阻止其傳播。
「人類和海葵都需要免受病毒侵害，但這項工作表明，演化可以以根本不同的方式組織這些防禦，」Moran 補充道。
這項研究還強調了超越傳統實驗動物的重要性。像海葵這樣的古老生物可以保留演化上的創新，如果科學家只關注人類、老鼠和其他常見研究物種，這些創新將保持隱藏。
隨著研究人員繼續探索生命的驚人多樣性，像這樣的發現正在揭示，演化一再找到意想不到的方式來解決生物學中最基本的一些挑戰。
