数十亿年前出现的微生物可能形成了我们今天这样的免疫系统。
德克萨斯大学(UT)的一项新研究表明,如果没有这些礼物,像我们这样的复杂生物可能没有那么好的抵抗病毒的能力由我们的单细胞祖先所赐予。
早在多细胞生命进化之前,我们的星球上就广泛生活着一群祖先微生物。
这些古老微生物的现存后代仅发现2015 年,通过 DNA 追踪,位于格陵兰岛和挪威之间的深海。五年后,潜伏的生命形式——一个超门被称为阿斯加德的古细菌? 是成功成长第一次在实验室里。
一个乍一看,在显微镜下,它们看起来很像细菌。但从进化角度来看,古菌细胞与植物和动物等真核生命形式比与更简单的微生物表亲更接近。
根据它们的基因组,一些科学家认为阿斯加德古菌和我们的真核祖先分道扬镳20亿年前为地球上所有复杂生命铺平道路,包括动物、植物、真菌、原生生物和大多数藻类。
无论这个共同祖先长什么样,在某个时候,它们必须将一个细胞核纳入它们的基本结构中。一些科学家怀疑阿斯加德祖先从病毒中开发出一种,建立了一个保护隔间,称为病毒工厂与此同时,线粒体可能是通过吞噬细菌祖先而形成的。
目前,人们对活古菌如何保护自己免受细菌或病毒等威胁的了解甚少,因此很难详细探讨此类假设。
目前,德克萨斯州立大学的研究人员已使用人工智能程序梳理新扩展的阿斯加德基因组,以识别古老的免疫防御机制。
研究团队发现那 c与细菌相比,阿斯加德古菌已经进化出广泛的防御系统,其中一些也是真核生物所固有的。
在分析的阿斯加德古菌基因组的所有防御系统中,大约 2% 与一种名为毒蛇素它通过“抑制”病毒繁殖来对抗多种病毒感染。
如今,毒蛇蛋白在地球上所有复杂生命的免疫系统中都发挥着作用,这表明它存在于古菌和真核生物的最后共同祖先中。
根据新发现,真核生物的蝰蛇蛋白和阿斯加德蝰蛇蛋白是“姐妹蛋白,有共同的祖先”。
“这表明真核生物不仅获得了我们之前在阿斯加德星球上见过的所有这些丰富的结构蛋白,”解释田纳西大学综合生物学家布雷特·贝克表示,“现在有人说,真核生物的一些防御系统甚至来自阿斯加德人。”
除了毒蛇素,近 8% 的阿斯加德古生菌防御基因与阿尔戈蛋白有关。这些是免疫蛋白,可以切断 DNA 以阻止病毒传播。
在地球上所有生命领域从古菌、细菌到真核生物,argonautes 充当着“可编程的免疫系统”。
为了测试这些蛋白质在活细胞中的表现,研究人员从阿斯加德古细菌基因组中提取出毒蛇蛋白的遗传指令,并将其克隆到大肠杆菌细菌。当引入病毒时,细菌细胞表现出一些保护迹象。
“病毒感染是我们自生命开始以来就面临的进化压力之一,始终拥有某种防御手段至关重要。”解释佩德罗·莱昂 (Pedro Leão) 在德克萨斯大学贝克实验室进行这项研究。
“当细菌和古细菌发现有效的工具时,它们就被传承了下来,并且仍然是我们第一道防线的一部分。”
感谢微生物。
该研究发表于自然通讯。