本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定代表《大眾科學》的觀點。
袋獾(Sarcophilus harrisii)一直受到一種高度傳染性癌症的困擾,這種癌症已將該物種推向滅絕的邊緣。在過去的15年裡,袋獾面部腫瘤病已在澳大利亞的塔斯馬尼亞島蔓延,殺死了大多數感染該病的袋獾。
為了幫助拯救現存最大的食肉有袋動物,保育人士一直在收集個體,用於圈養種群,直到該疾病在野生種群中無個體可感染。但這種最後一搏的策略最終可能會限制基因多樣性已經有限的物種的基因庫。
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為了更好地指導這些保護工作,並幫助理清這種奇特的癌症的行為,一個研究團隊對這種動物及其腫瘤的基因組進行了測序。研究結果於6月27日在《美國國家科學院院刊》上線上發表,有關基因組的更多詳細資訊可在塔斯馬尼亞惡魔基因組計劃網站上找到。
該團隊對兩隻袋獾的完整基因組進行了測序:Cedric,一隻在西北部父母那裡圈養出生的雄性,以及Spirit,一隻在東南部野外捕獲的雌性。研究人員認為,由於它們來自塔斯馬尼亞惡魔分佈範圍的兩端,因此它們應該能很好地展示該物種當前的遺傳多樣性。
將袋獾基因組與其他有袋動物的基因組進行比較是很棘手的,因為它在系統發育樹上與已測序的近親——負鼠和小袋鼠相距甚遠。因此,擁有兩個個體進行相互評估很有幫助。透過這樣做,研究人員發現它們共享約47%的遺傳變異——具體而言,它們共同擁有許多所謂的單核苷酸多型性,這些是經常用於評估關係的基因突變。研究人員指出,這使得這兩隻動物在基因上幾乎是來自日本和中國的人的兩倍相似。而且,僅該動物的基因組就比人類的基因組大約3億個鹼基對(分別為33億和大約30億)。
這兩隻袋獾的基因組也可能幫助研究人員找出對這種癌症的罕見免疫力的秘密。與人類和大多數其他已知的哺乳動物癌症不同,袋獾面部腫瘤病 (DFTD) 透過身體接觸——從咬傷甚至不經意的觸控——從一個個體傳播到另一個個體。“想象一下,一種人類癌症透過握手傳播,”研究合著者 Stephan Schuster 在一份準備好的宣告中說。賓夕法尼亞州立大學生物化學和分子生物學教授 Schuster 補充說,如此容易傳播的癌症“將很快消滅我們的物種”。
Spirit 身上有五個腫瘤——其中一個被測序——最終導致她死亡。然而,Cedric 曾對該疾病的兩種不同毒株表現出抵抗力(儘管他後來被第三種毒株感染並殺死)。
Spirit 約 70% 的癌細胞核 DNA 與她自己的 DNA 不符,這證實了之前的觀察,即癌症是直接從不同的個體轉移而來的。找出癌症特有的基因變化——目前的研究已經發現了 128 種氨基酸變異——可能有助於找到這種致命疾病的治療方法。
與此同時,那些有興趣拯救該物種免於滅絕的人不得不依賴圈養繁殖。但研究合著者、賓夕法尼亞州立大學生物學、計算機科學和工程學教授 Webb Miller 在一份準備好的宣告中表示,有效的圈養保護計劃“不僅僅是隨機挑選幾個個體”。相反,透過使用潛在動物的基因圖譜,飼養員可以組建一個具有已知遺傳多樣性水平的種群。“你想要建立一個由多樣化、健康的個體組成的種群,他們能夠抵抗未來的疾病,甚至尚未進化的病原體,”Schuster 說。
基因組資料,以及 87 個野生個體的新的基因圖譜,幫助研究人員勾勒出島上不同的種群群體,為管理基因健壯的圈養種群提供了路線圖。收集工作應來自島上的七個種群區域——包括那些疾病已經流行的區域。“看起來你可能只想選擇那些對 DFTD 癌症具有基因抗性的個體,”Schuster 解釋說。“然而,這將違背維持遺傳多樣性的目的,因為根據定義,你將選擇基因庫的一個很小的子集。相反,我們的模型提出了一種更平衡的方法。你不想只撲滅一場火災。”
對於這些小惡魔來說,幫助來得再快也不為過。研究人員估計,癌症將在 2016 年之前傳播到該動物的所有野生種群,“使迫在眉睫的滅絕成為一種真正的可能性,”作者寫道。
要了解更多關於塔斯馬尼亞惡魔種群中癌症流行病以及它是否會影響人類的資訊,請閱讀《大眾科學》2011 年 6 月刊上的“塔斯馬尼亞惡魔的癌症”,並觀看相關的線上幻燈片。
動物園管理員兼飼養員 Tim Faulkner 和塔斯馬尼亞惡魔的圖片,由 Stephan Schuster/賓夕法尼亞州立大學提供