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酵母和大肠杆菌的混搭显示了线粒体可能如何进化

故意塞满细菌的酵母可能会向科学家传授有关细胞强力起源的一些信息。

细胞发电细胞器,称为线粒体,被认为曾经是由古细菌捕获的细菌,单细胞微生物是最早的生命形式之一。现在,几乎所有真核细胞(具有细胞核的细胞)都含有线粒体。起初,细菌可能作为内共生体存在于古细菌内,这是与宿主合作的独立生物。随着时间的推移,线粒体失去了许多基因,并最终成为细胞的一个组成部分。

这种情况得到了遗传学的支持。但是,“如果你真的想要证明某些事情是真的,”化学生物学家Peter Schultz说,研究人员应该能够在实验室里做出类似的东西。因此,位于加利福尼亚州拉霍亚的斯克里普斯研究所的舒尔茨和他的同事通过融合两种流行的实验室生物 - 面包酵母酿酒酵母和一种叫做大肠杆菌的常见肠道细菌来创造了一种杂交细胞。

“这是一种开创性的方法,”墨西哥城墨西哥国立自治大学的进化生物学家Antonio Lazcano说,他没有参与实验。以前没有人制造过这种混合生物。但是,10月29日在“美国国家科学院院刊”上所描述的这项工作表明,将一个自由生物体变成一个内共生体可能并不那么难,他说。

并不是说让细菌适应自己生长在另一个物种的细胞内生长是很容易的。首先,研究人员必须给酵母和细菌提供合作的理由。

舒尔茨的研究小组在酵母的线粒体中禁用了一个基因,因此在某些情况下,细胞器不能以三磷酸腺苷或ATP的形式产生化学能。大肠杆菌经过工程改造,缺乏制造B族维生素硫胺素所需的基因,细菌需要这种基因才能生存。该团队还为细菌配备了一种转运蛋白,可以将ATP及其前体腺苷二磷酸或ADP移入或移出细胞。当细菌被放入酵母细胞内时,细菌为ATP提供了生存所需的酵母,而酵母则为细菌提供了硫胺素。

不过,这不是一个完美的安排。酵母不断消化细菌。所以Schultz的团队为大肠杆菌配备了来自沙眼衣原体细菌的SNARE蛋白,这些细菌可以存活在人体细胞内并引起性传播疾病衣原体。SNARE蛋白可以阻止宿主细胞的消化室(称为溶酶体)聚集在一起,以消除入侵的微生物。研究人员发现,SNARE配备的大肠杆菌最终能够在酵母细胞内生长。研究人员报告说,杂交酵母细菌细胞生长了40多代。

加拿大维多利亚大学的进化生物学家Ryan Gawryluk表示,没有办法知道微生物在15亿年前导致真核细胞形成的确切环境和生理条件,他们没有参与这项工作。他说,交换能量作为营养物质可能是细菌和古菌联合起来的推动力,但一些科学家并不认为这是塑造伙伴关系的进化力量。毕竟,“细菌没有兴趣将ATP送到细胞外。”线粒体前体细菌可能是寄生虫或内共生体,由于其他原因逐渐失去了在宿主外生活的能力。

不过,Gawryluk说,这项新研究提供了“一个令人兴奋的结果......显示了这可能发生的可能性。”

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