錐蟲(chóng)是單細(xì)胞寄生蟲(chóng)，其引起諸如人類非洲昏睡病和動(dòng)物中的Nagana等疾病。但它們也被用于基礎(chǔ)研究，作為研究基本生物學(xué)問(wèn)題的模型系統(tǒng)。伯爾尼大學(xué)的研究人員現(xiàn)在研究了錐蟲(chóng)在細(xì)胞分裂過(guò)程中如何將其“發(fā)電廠”平均分配給子細(xì)胞。發(fā)現(xiàn)的機(jī)制可能為藥物干預(yù)開(kāi)辟新的途徑。

錐蟲(chóng)可以在人類中引起毀滅性疾?。悍侵薜幕杷?，南美洲的恰加斯病以及最近的歐洲。它們也可以影響動(dòng)物，并導(dǎo)致非洲牛的Nagana。對(duì)于這些疾病仍然沒(méi)有合適的療法。由伯爾尼大學(xué)細(xì)胞生物學(xué)研究所的Torsten Ochsenreiter教授領(lǐng)導(dǎo)的研究人員研究了線粒體，即單細(xì)胞錐蟲(chóng)的“發(fā)電廠”，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)它們?cè)诩?xì)胞中的表現(xiàn)與人類的細(xì)胞發(fā)電植物不同。分裂。該研究結(jié)果還有助于開(kāi)發(fā)針對(duì)寄生蟲(chóng)引起的疾病的新藥。

線粒體是細(xì)胞中的小的獨(dú)立單元，其也充當(dāng)發(fā)電廠并為生物體提供能量。線粒體最初是獨(dú)立的細(xì)菌，大約15億年前被細(xì)胞整合。在它們共存期間，細(xì)菌作為發(fā)電廠進(jìn)一步并進(jìn)一步整合到細(xì)胞中，這表明電廠的構(gòu)建計(jì)劃越來(lái)越多地從細(xì)菌基因組轉(zhuǎn)移到宿主細(xì)胞中。

今天，幾乎整個(gè)線粒體結(jié)構(gòu)都存儲(chǔ)在宿主細(xì)胞的基因組中。“幾乎完全 - 因?yàn)榫€粒體仍然保留了一點(diǎn)自主權(quán)，”該研究的主要作者，伯爾尼大學(xué)細(xì)胞生物學(xué)研究所的Anneliese Hoffmann解釋說(shuō)。“他們?cè)谧约旱幕蚪M中仍然擁有發(fā)電廠的一些基本組成部分。”如果一個(gè)細(xì)胞今天分裂，它不僅必須確保復(fù)制自己的基因組并在子細(xì)胞中平均分配，而且線粒體基因組也是如此。相應(yīng)地傳遞。迄今為止，所需的結(jié)構(gòu)和機(jī)制基本上沒(méi)有被描述。伯爾尼大學(xué)與牛津布魯克斯大學(xué)(英國(guó))合作的三個(gè)研究小組現(xiàn)已解碼部分機(jī)制。他們使用革命性的高分辨率技術(shù)，即所謂的“受激發(fā)射耗盡(STED)顯微鏡”。

創(chuàng)新的顯微鏡

錐蟲(chóng)非常適合作為生命科學(xué)中的模型系統(tǒng)，因?yàn)樗鼈冎挥幸粋€(gè)非常大的線粒體，只有一個(gè)巨大的基因組。人體細(xì)胞通常具有數(shù)百至數(shù)千個(gè)線粒體，每個(gè)線粒體具有幾個(gè)基因組。錐蟲(chóng)中這種非常簡(jiǎn)單的線粒體設(shè)置類似于15億年前的情況，并且允許分析細(xì)胞發(fā)育到它們的現(xiàn)狀。此外，線粒體的大小及其基因組在顯微鏡分析中都是有利的。“最后，在細(xì)胞分裂過(guò)程中跟蹤單個(gè)線粒體和線粒體基因組比在同一時(shí)間跟蹤數(shù)百甚至數(shù)千個(gè)更容易，”細(xì)胞生物學(xué)研究所的Torsten Ochsenreiter說(shuō)。

在他們的研究中，伯爾尼的研究小組使用了一種新的顯微鏡，這使他們能夠以低于50納米的分辨率觀察錐蟲(chóng)及其線粒體。在這里，他們可以觀察到細(xì)胞分裂過(guò)程中線粒體基因組的分布。“我們成功地詳細(xì)描述了錐蟲(chóng)細(xì)胞分裂過(guò)程中線粒體基因組分布所需的機(jī)制，”Ochsenreiter說(shuō)。這包括機(jī)器中組件的精確順序，它們的大小以及相互作用。他們發(fā)現(xiàn)細(xì)胞開(kāi)始構(gòu)造，然后將每種成分逐一添加到機(jī)器中。與先前研究的生物不同，錐蟲(chóng)似乎已經(jīng)開(kāi)發(fā)出大多數(shù)模塊，專門(mén)用于它們?cè)诰€粒體基因組分布機(jī)器中的功能。

適用于其他疾病

“隨著基礎(chǔ)研究的發(fā)現(xiàn)，該研究還提供了新技術(shù)，這些技術(shù)也可以應(yīng)用于未來(lái)的其他生物，”Ochsenreiter解釋說(shuō)。例如，可以在一些人類疾病中研究線粒體基因組錯(cuò)誤分布的原因，例如肌肉疾病或甚至特定形式的癌癥。“但在寄生蟲(chóng)和人類的分布機(jī)器中發(fā)現(xiàn)的差異對(duì)于開(kāi)發(fā)針對(duì)人類和動(dòng)物的錐蟲(chóng)引起的昏睡病和其他疾病的新藥特別感興趣。”