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原绿球藻—将最强“个性”进行到底,海洋细菌通过未知方式合成多种多肽

生物技术 时间:2020-06-30 01:42:11 作者:莫敖坤
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原绿球藻(Prochlorococcus)是一种可以进行光合作用的海洋蓝细菌生物。它体积微小,种类单一而又分布广泛,怎么看来都缺少主角光环,但最近发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS,Proceedings of the National Academy of Science)的研究却告诉我们这种生物并不简单。

原绿球藻—将最强“个性”进行到底,海洋细菌通过未知方式合成多种多肽

图 研究发现不同的原绿球藻可以产生二十余种不同的多肽

相比大多数细菌最多产生一到两种羊毛硫酸类多肽,单一原绿球藻居然可以同时产生二十多种不同的多肽。尽管分布的地域不同,但地球上所有的原绿球藻都是属于同一种,不同海域中的原绿球藻都可以产生特有的羊毛硫氨酸类多肽。

“在此之前自然界中分子多样性的真实性并没有被印证,直到这项研究结果的出炉。”研究者之一的Cubillos-Ruiz说到。

经典的遗传谱系规则认为变化都是缓慢积累来的,只有这样才能避免突发破坏性的变化而导致功能的损害。

显然,原绿球藻是个例外:编码羊毛硫肽的基因由两个结构域尾尾相连组成,其中一个在所有的种群和谱系具有高度保守性,然而“另一半却表现出惊人的多变性”,这意味着同个基因的两个部分经历了完全不同的进化途径,这显然并不常见。

原绿球藻通过“特殊”的代谢产物表现出了一种“迷人的进化模式”, Cubillos-Ruiz说。尽管通常进化会倾向于从祖先向后代传递时保留绝大多数遗传结构,“但是在这些物种中,自然筛选似乎是向着能够产生多而不同的羊毛硫肽的方向进行。因此这种天生的多样性就好像是它们功能的一部分,但我们现在还不知道这种功能的目的与意义。”

也许它不得不产生对抗病毒的保护机制,又或是它们与其他细菌的交流的纽带。

事实上,对多肽分子多样性的研究最早可以追溯到2010年,当时分别来自van der Donk’s 和Chisholm实验室的Bo Li 和Daniel Sher发现一种原绿球藻竟然可以产生29种不同的羊毛硫肽。但是,当Cubillos-Ruiz观察了同一物种的不同种群后,惊喜出现了,来自不同地区的种群同样可以产生大量的肽,“但是它们产生的种类却完全不一样”他说。

尽管并没有参与课题的研究,来自于犹他大学药用化学家Eric Schmidt教授仍旧认为“他们的工作相当出色”,他认为作者揭示了自然界中增强化合物多样性的方法,这项研究超群之处在于,他们在自然界而非实验室中检测到了这种进化是如何发生的。在广袤的开放海域中,这个项目工程浩大,结果喜人。

“原绿球藻在试图告诉我们一些事情,但是目前我们还不知道这究竟是什么,” 来自麻省理工学院的Chishol说到,“Cubillos-Ruiz并没有介绍清楚这些多肽分子多样性的进化机制。如此微小的生物体,拥有一个如此之小的基因组,然而却贡献出如此之大的遗传潜力用来生产这些多肽分子的,毫无疑问这些分子在原绿球藻的生命活动中扮演者至关重要的角色。”

而羊毛硫肽究竟扮演着什么角色?这个问题还尚未有定论。

事实上,这种过程未必是原绿球藻特有的。也许只是因为Chisholm和她的团队选择原绿球藻作为研究对象。“这个现象也许在其他的细菌中也有发生,” Cubillos-Ruiz说,“很多的线索暗示这种过程也发生在其他的生物系统中。”

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