對古細菌的研究可以教會我們更多關于自己的知識

在Carl Woese將古生物定義為生命的第三個領域之后的四十二年，伊利諾伊大學厄巴納 - 香檳分校Carl R. Woese基因組生物學研究所(IGB)的科學家們?nèi)栽谝钥赡艿姆绞搅私膺@些古老的生物幫助我們更多地了解真核生物。

隨著時間的推移，科學家們已經(jīng)意識到古生物與真核生物有著密切的祖先關系 - 生命領域包括動物，植物等。“每個人都對真核細胞的起源感興趣，因為我們是真核生物，”微生物學教授雷切爾·惠特克說，他是IGB的研究主題領導者。“我們越了解古細菌，我們就越了解自己的細胞以及使我們與眾不同的東西。”

IGB的研究科學家Whitaker和Changyi Zhang希望通過研究地熱溫泉中發(fā)現(xiàn)的古菌Sulfolobus islandicus來更好地了解古細菌。他們的研究結果發(fā)表在Nature Communications上，可以深入了解古菌與真核生物的共同祖先和細胞的進化歷史。他們的研究也推翻了先前對S. islandicus增長所需要的信念。

“首要問題之一是：為了成長需要什么?” 惠特克說。研究人員確定了關鍵基因 -那些對生物體的生長和生存的關鍵S. islandicus，然后將它們相比，細菌和真核生物的必需基因，看看他們是否能找到它們之間共有的基因。特別是，他們想知道真核生物是否與S. islandicus共享任何必需基因，因為這可以深入了解真核生物的起源。

雖然他們沒有發(fā)現(xiàn)任何尚未定義的共有基因，但他們確實找到了一組既古老又獨特的基因，對它們的生長至關重要。現(xiàn)在，他們想要了解這些基因是否是古細菌特有的，或者它們是否存在于古生物和真核生物的共同祖先中。“有兩種選擇。要么它們曾經(jīng)被一個共同的祖先共享，而且由于它們與共同的祖先不同而被真核生物所迷失，”惠特克說。“或者它們是新的，它們是在真核細胞中沒有發(fā)生的古細菌中發(fā)生的創(chuàng)新。”

如果他們能夠更好地理解這一點，他們就可以進一步了解古菌和真核生物是如何分化的，以及這種進化過程是如何在細胞內(nèi)發(fā)生的。“你能改進新功能嗎?” 惠特克說。“哪些類型的功能是您可以發(fā)展和改變的，哪些是必不可少的，哪些類型的功能是您可以丟失的類型?”

為了研究S. islandicus，一種在高溫下生長的獨特生物，Zhang必須開發(fā)新的工具來分析其基因組。這些工具使他能夠對表面(S-)層進行意外發(fā)現(xiàn)，這是一種提供保護的古細胞外殼。“它只有一個圍繞細胞的S層，”張說。“如果細胞失去了S層，它就會失去對大量環(huán)境壓力的保護。”

科學家們一致認為，S層對硫化葉菌素至關重要，但張證實并非如此。他說這令人驚訝，但他們現(xiàn)在有了測試古菌細胞如何在有外殼的情況下運作的工具。“我們認為細胞正常運作可能非常重要，”惠特克說。“我們知道他們會成長，但他們看起來真的不同(沒有它)。這給了我們一些關于哪些流程可能會受到影響的想法，但我們還不知道它們是什么。”

更好地了解古細菌可以幫助科學界更多地了解真核細胞的功能 - 其中許多細胞尚未被充分了解。這些功能可以影響我們的細胞健康，不健康的細胞可以導致突變和基因組不穩(wěn)定，這可能導致癌癥。“我們希望，通過更好地理解這些功能的核心部分，我們可能能夠更好地理解這些系統(tǒng)，并且這樣做，更好地了解我們自己，”惠特克說。

Whitaker和Zhang說，自從發(fā)布他們的結果以來，來自世界各地的研究人員已聯(lián)系他們請求訪問他們的數(shù)據(jù)。“古細菌細胞生物學領域確實注意到了這項工作......這很好，來自IGB和來自伊利諾伊州，”惠特克說。“它提醒人們，古菌研究活得很好，并且真正在這里產(chǎn)生重大影響。”

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