科学家们混合细菌和古菌的膜创造了新的生命形式

2018-04-08 14:39:42 发布者:xinxinpink 来源:煎蛋网 浏览次数:0

生命之树由三个领域组成:古生菌、细菌和真核生物。前两种都是原核生物,或没有细胞核的单细胞生物。但是最初的生命形态是什么样子的呢?科学家们怀疑细菌和古菌是由一种假设的、距今最近的、宇宙生命的共同祖先  (Last Un

生命之树由三个领域组成:古生菌、细菌和真核生物。前两种都是原核生物,或没有细胞核的单细胞生物。但是最初的生命形态是什么样子的呢?科学家们怀疑细菌和古菌是由一种假设的、距今最近的、宇宙生命的共同祖先 (Last Universal Common Ancestor 简称 Luca)进化而来的,因为生物体的细胞膜是不稳定的脂质混合物。

荷兰格罗宁根大学的研究人员创造了一种大肠杆菌,它的膜是细菌和古生菌的混合物。他们发现这种混合膜是稳定的,反驳了主流的的“脂类不互溶”假说。

一种混合膜的新生命形式

细菌的膜是由直链脂肪酸组成的,这些脂肪酸通过酯与由甘油 -3- 磷酸构成的主链相连。古菌的主链是由甘油 -1- 磷酸构成,异戊二烯类化合物通过乙醚键与之连接。根据“脂类不互溶”假说,磷脂混合膜的稳定性不如单一磷脂的均匀膜稳定。“所以最终分裂发生了,导致了细菌和古细菌的两个领域,“格罗宁根大学分子微生物学教授 ArnoldDriessen 评论道。

这种分裂如果曾经发生过那它一定发生在三十五亿年前。唉,这个原始事件还没有被记录在化石中,这使得德雷森和他的同事只有一个可行的选择:利用逆向思维,以混合膜创造一个微生物。

格罗宁根大学的研究人员并不是第一个尝试这项工作的人。然而,先前的试验普遍用不超过 1% 的古菌脂类来设计细菌。Driessen 和他的同事们因为使用了一种新的方法,他们设计了一个由惊人的 30% 古菌脂质组成的活细胞,因此取得了巨大的飞跃。

“主要的挑战是如何让大肠杆菌细胞合成大量的醚脂。在工作中有两个关键因素,除了乙醚脂质途径的酶外,我们最近发现了古醇合成酶;而大肠杆菌 MEP/DOXP 途径刺激异戊二烯类生物合成的基因复制常常处于较低水平。当两者结合在一起时,这就导致了大肠杆菌中大量的醚脂的生物合成。”

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credit:123RF

在新合成的大肠杆菌中,他们用考古学等效物 (古甘油) 替代构成细菌膜基本双层的脂类 (磷脂酰甘油)。尽管发生了这种转变,但细菌生长正常且稳定,这驳斥了混合膜本身不稳定的假设。这种新的生命形式也与未经修饰的大肠杆菌有所不同(如更细长的细胞)。

虽然它实际上反驳了“脂分”假说,但这项研究确实提供了一些关于是什么导致细菌 / 古细菌分裂的线索。其一,古菌酶对古细胞膜脂类起着关键作用,但在它们催化的反应中,它们的特异性不如细菌。Ddriessen 相信酶的特异性可能是导致这种分裂的原因之一。

无论如何,这是一个具有挑战性的调查,因为逆向工程的过程还远远不够完美。首先,研究人员改造了一种经过 35 亿年进化而成的现代大肠杆菌。我问 Driessen 他认为科学家离模拟原始生物体有多远时,他表现的并不是很乐观,他说:“显然我们还有很长的路要走,因为原始有机体有着完全不同的蛋白质组成。如果这样说你能理解的话,我们需要模拟的是一种混合的异向膜,我们的数据显示,它会促生一个稳定的,脂质分裂不是由内在的胰岛素驱动的有机体。当然,这是对一个系统的测试,这个系统要进化成现在的样子,而膜蛋白被用来在同质膜中发挥作用。显然,这些膜蛋白的功能大多是被用于这样的‘原生’膜。”

接下来,研究人员计划设计一种完全依赖于古乙醚脂的大肠杆菌。

Ddriessen 表示:“我们希望用磷脂酰乙醇胺 (AE) 替代全磷脂酰乙醇胺(PE),制成完全依赖于古乙醚脂类的大肠杆菌。然而,这并不是什么容易的事情。PE 是一种非双层脂质,AE 表现出更为复杂的相行为,因此它可能无法完全替代 PE 变现出的多态行为,而这种多态行为是大肠杆菌生存所必需的。合成生物学可能能够构建假定的原始生命形式,这样,进化就可以在实验室中被重新演示,这样我们就可以开始测试或者挑战进化理论。这对于一个实验进化的分子生物学家来说是一个挑战,我们需要离开理论,在实验上验证假设。”


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