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      新生命形式回答關于細胞進化的問題
      
			
      
				2019-04-25 10:24:22
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      細菌和古菌是生命的三個領域中的兩個。兩者都必須從推定的最后普遍共同祖先(LUCA)演變而來。一種假設是，這是因為LUCA中的細胞膜是脂質的不穩(wěn)定混合物?，F(xiàn)在，格羅寧根大學和瓦赫寧根大學的科學家用混合膜創(chuàng)造了這樣一種生命形式，并發(fā)現(xiàn)它實際上是穩(wěn)定的，駁斥了這一假設。結果將于3月19日發(fā)表在“美國國家科學院院刊”上。
      

      新生命形式回答關于細胞進化的問題
      

      關于細胞生命如何在數(shù)十億年前發(fā)展出來的想法有很多。原始細胞可能是由粘土礦物質形成的，或者是簡單的脂質囊泡。格羅寧根大學分子微生物學教授阿諾德·德里森解釋說，在后一種情況下，會出現(xiàn)一種叫做“脂質分裂”的東西，形成細菌和古細菌的獨立區(qū)域。“兩個結構域的脂質膜都是不同的，由磷脂組成，這些磷脂是彼此的鏡像。”
      

      混合膜
      

      在技??術術語中，細菌膜中的脂質由直鏈脂肪酸組成，所述直鏈脂肪酸與甘油-3-磷酸的主鏈酯連接。但古細菌膜中的脂質具有甘油-1-磷酸的主鏈，類異戊二烯通過醚鍵連接。
      

      脂質分裂背后的想法是細菌和古細菌的共同祖先具有細胞膜，其中兩種類型的脂質混合。“這種混合膜不如僅僅一種磷脂的均質膜穩(wěn)定，因此最終發(fā)生分裂，導致細菌和古細菌的兩個結構域，”Driessen說。
      

      所有這一切都發(fā)生在35億年前，因此缺乏確鑿的證據(jù)。因此，Driessen和他的同事們決定用混合膜對一個微生物進行“逆向工程”。“這已經嘗試過了，但是這些實驗導致細菌只有非常少量(<1%)的古細菌脂質。”
      

      然而，在新研究中，這一比例增加到30%。兩項關鍵突破使這成為可能：“在之前的研究中，我們發(fā)現(xiàn)了一種對古菌膜脂質生產至關重要的酶。這需要三個步驟，在此之前，只有兩種酶是已知的。”Driessen解釋說，另一項突破來自瓦赫寧根大學的科學家。“他們設法增加了細菌大腸桿菌中類異戊二烯的產生。”類異戊二烯是一種普遍存在的有機化合物，包括許多天然香料，色素或香料。
      

      這兩項發(fā)現(xiàn)都轉移到了正常的大腸桿菌中，這是基因工程的一項重大成就。“我們不知道最終結果是否是一個可行的細胞，”Driessen說。但最終，它運作良好。通過一些微調，科學家們創(chuàng)造了一種細胞，其中所有磷脂酰甘油，即形成細菌膜基本雙層的脂質，被其古菌等效物(古細菌甘油)取代。這占膜中脂質的30%。“這種細菌以正常速度生長并且穩(wěn)定，”Driessen說。“因此，這一結果并不支持這樣一種假設，即混合膜本質上是不穩(wěn)定的，因此可能產生脂質分裂。”
      

      Driessen指出，用于膜脂質生產的古細菌酶在它們催化的反應中比它們的細菌等同物更不特異。“它們似乎更”原始“。因此，酶特異性的進化可能是分裂的驅動因素。”當然，還有一個重要的警告 - 實驗是在現(xiàn)代大腸桿菌中進行的，這些細菌已經進化了35億年，超過了原始的古細菌分裂。
      

      “這些混合細胞的穩(wěn)健性使我們感到驚訝。我們期待更多的問題讓它們保持活力。畢竟，我們所設計的東西確實構成了新的生命形式。”工程細胞比原始大腸桿菌更長。當古菌脂質的產量非常高時，生長減慢并且膜形成小葉附屬物。
      

      除了進化的影響，這一發(fā)現(xiàn)可能會產生新的研究：“例如，我們可以設計一種古細菌膜蛋白的細菌表達系統(tǒng)，例如那些在極高溫度和壓力下生長的超嗜熱菌產生的細胞表達系統(tǒng)。”
      

      兩所荷蘭大學的工作是起源中心的一部分，該中心是一個致力于研究地球上生命起源的國家計劃。
      
			

			
        
      
			
      
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