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      為什么我們還有線粒體DNA
      
			
      
				2019-01-29 11:16:47
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      20億年前，線粒體不是它的鼎盛時期的細菌。自從被我們常見的單細胞祖先消耗以來，“能源巨頭”細胞器已經(jīng)失去了2000多個基因中的大多數(shù)，可能是細胞核。仍然有一小部分 - 取決于有機體 - 但問題是為什么。一位解釋說，一位數(shù)學(xué)家和生物學(xué)家分析了線粒體在進化時間內(nèi)的基因損失，他認為線粒體DNA過于重要，無法在細胞核內(nèi)編碼，因此進化到能夠抵抗線粒體內(nèi)部的破壞性環(huán)境。他們的研究發(fā)表于2月18日的Cell Systems。
      

      為什么我們還有線粒體DNA
      

      “并不是說'丟失的'基因在許多情況下不再存在，而是細胞核產(chǎn)生蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)進入線粒體，但為什么在線粒體中有任何東西可以在細胞核內(nèi)完全消失?” 共同作者本·威廉姆斯說，他是懷特黑德生物醫(yī)學(xué)研究所的博士后研究員。“這就像是說你有一個中央圖書館里有你所有的書，但是我們要把它們中的10個放在一個漏水的棚子里。”
      

      盡管我們與線粒體有長期關(guān)系，但我們的細胞和這些共生細胞器如何協(xié)同工作仍然是神秘和有爭議的。我們知道，通過賦予真核生物的共同祖先(我們的生命王國)多細胞的能量，獲得線粒體可能已經(jīng)引發(fā)了歷史上最重要的進化事件之一。而且我們知道我們的每個細胞都可以擁有數(shù)十或數(shù)百個線粒體，這些線粒體對于從肌肉到大腦的一切動力都是必不可少的。但奇怪的是，在幾乎所有的多細胞生物體中，線粒體通過保留一些重要的基因而保持獨立 - 盡管事實上細胞將這些基因儲存在細胞核中可能更安全。
      

      為了弄清楚線粒體中少數(shù)幾個基因是如此重要的原因，威廉姆斯和伯明翰大學(xué)的研究員Iain Johnston將所有關(guān)于線粒體基因的數(shù)據(jù)記錄到計算機中。幾周后，隨著Johnston開發(fā)的算法，計算機回退了線粒體基因在進化史上的丟失時間表。
      

      “線粒體保留自身基因的潛在原因的假設(shè)已經(jīng)爭論了數(shù)十年，這是第一個解決這個問題的數(shù)據(jù)驅(qū)動方法，”約翰斯頓說。“這是因為有數(shù)千種線粒體基因組來自各種各樣的分類群，因此現(xiàn)在我們可以利用這些數(shù)據(jù)讓它自己說話。”
      

      分析顯示，保留在線粒體中的基因與構(gòu)建細胞器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，否則就有被細胞錯位的風險，這些基因中的DNA 使用一種非常古老的模式，使線粒體DNA強烈粘合在一起，抵制分裂。威廉姆斯和約翰斯頓認為，這種設(shè)計，通常不在我們自己的DNA中，可能是線粒體基因在線粒體能量產(chǎn)生過程中分裂的原因。
      

      由于能量在線粒體內(nèi)以ATP的形式產(chǎn)生，自由基被釋放出來 - 相同的自由基是輻射的常見副產(chǎn)物。從本質(zhì)上講，線粒體產(chǎn)生的能量會帶來一定程度的破壞，并且可能是線粒體能夠承受這種損害。威廉姆斯說：“你需要能夠在這種荒謬的極端環(huán)境中工作的專家，因為核心并不是最合適的。”
      

      研究人員還觀察到，在真核生物王國中發(fā)生的線粒體基因丟失遵循相同的模式。這是一個經(jīng)驗教訓(xùn)，演化可能會多次遵循相同的路徑，并不總是這個完全隨機的過程。在細胞環(huán)境中，線粒體基因丟失的演變在不同生物之間幾乎可以預(yù)測。約翰斯頓說：“如果我們能夠利用過去的進化數(shù)據(jù)并對下一步的發(fā)展做出預(yù)測性陳述，那么探索合成生物學(xué)和疾病的可能性就會很大。”
      

      根據(jù)他們的算法，該二人組計劃探索葉綠體的原因，以及線粒體疾病(通常是非常具有破壞性的)適合這一更大的圖景。雖然這項研究并沒有關(guān)閉為什么我們?nèi)匀挥芯€粒體DNA的大門，但作者說它確實為辯論中的許多不同論點找到了中間立場。
      
			

			
        
      
			
      
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