食脑变形虫可以告诉我们关于地球上的生命和进化史的信息

2022-03-26新闻资讯

大脑吃变形虫进化

由麻省大学阿默斯特分校领导的国际研究团队通过提供对内格勒里亚如何分裂的新见解,增加了对生命的基本知识。

由马萨诸塞大学阿默斯特分校领导的一个国际研究小组最近在《当代生物学》杂志上宣布,一种名为Naegleria的变形虫进化出的微管蛋白组比以前想象的要多,用于特定的细胞过程。他们的见解具有许多意义,从开发食脑感染的治疗方法到更好地了解地球上的生命如何进化出如此巨大的多样性。

地球上的大部分生命都依赖于一系列称为微管的聚合物,由微管蛋白组成,以完成细胞内的各种任务。这些微管就像细胞的 2x4 一样,用于从帮助细胞移动到在细胞内运输食物和废物以及为细胞提供结构支持的所有方面。

Naegleria gruberi 变形虫细胞

Naegleria gruberi 细胞使用一组微管蛋白构建有丝分裂纺锤体(青色,左),另一组微管蛋白(橙色,右)转化为鞭毛细胞类型。图片来源:Katrina Velle、Fritz-Laylin 实验室、麻省大学阿默斯特分校

微管也有助于有丝分裂,即单个细胞分裂成两个,首先复制其染色体,然后将每组染色体拉到细胞的相对两侧,然后将其一分为二。有丝分裂的关键时刻之一是由微管组成的纺锤体抓住染色体并帮助将它们分成两组相同的组。

这就是Naegleria进来的地方。生物学家以前知道Naegleria在有丝分裂过程中使用一种特定的微管蛋白。但这项由 UMass Amherst 生物学博士后和该论文的主要作者 Katrina Velle 领导的新研究表明,Naegleria还特别在有丝分裂期间使用了另外三种不同的微管蛋白。一对微管蛋白仅在有丝分裂期间使用,而另一对鞭毛微管蛋白专门用于细胞运动。然后,该研究的作者比较了微管蛋白及其相互构建的结构以及更常见的研究物种的结构。

Naegleria gruberi 变形虫细胞表面

用扫描电子显微镜观察到的格鲁伯内格勒阿米巴变形虫的细胞表面。图片来源:Katrina Velle,弗里茨-莱林实验室,马萨诸塞州阿默斯特分校,摄于海洋生物实验室中央显微镜中心

这项工作的意义是令人兴奋的,范围从实践到理论。例如,该团队研究了一种Naegleria,即Naegleria gruberi,它与Naegleria fowleri密切相关——一种可以吃掉你大脑的变形虫。“如果我们能够了解内格列菌的基本生物学,” Velle说,“我们就可以通过设计针对阿米巴独特的微管蛋白的药物来学习如何杀死它。”

内格勒里亚也帮助我们理解支配地球生命的基本规则。“所有生物都必须自我复制,”麻省大学阿默斯特分校生物学教授、该论文的资深作者莉莲·弗里茨-莱林 (Lillian Fritz-Laylin) 说。“我们知道某些细胞的复制过程是如何运作的,但我们不了解其中的一大组。Naegleria让我们测试科学家提出的规则,看看他们是否在这里成立。”

为了进行他们的研究,该团队部分依赖于麻省大学阿默斯特分校应用生命科学研究所 (IALS) 最先进的显微镜设备,该设备结合了麻省大学阿默斯特分校 29 个系的深厚和跨学科专业知识进行翻译对有益于人类健康和福祉的创新进行基础研究。该团队培养了Naegleria细胞,用不同的化学物质对它们进行染色,使微管蛋白发光,然后拍摄了极高分辨率的 3D 照片,这使他们能够测量、计数和分析不同的微管结构。

“我的大部分职业生涯都在研究更常见细胞的有丝分裂纺锤体,如哺乳动物细胞,”麻省大学阿默斯特分校生物学教授、该论文的资深作者之一帕特里夏·沃兹沃思说。“现代生物学的工具使我们能够探索更多样化的细胞,比如内格里菌,它在某些方面相似,但也非常不同。”

新发现:显微镜的智能时代

该研究得到了一组著名的国际机构的支持,包括美国国立卫生研究院的国家过敏和传染病研究所、美国国立卫生研究院的国家普通医学科学研究所、史密斯家庭基金会奖卓越生物医学科学、国家科学基金会、克罗地亚科学基金会、欧洲研究委员会、欧洲区域发展基金——竞争力和凝聚力运营计划:QuantiXLie 卓越中心和 IPSted,以及 Robert A. Welch 基金会。

“人们经常想到技术推动科学,”弗里茨-莱林说。“但在这种情况下,我们试图回答的问题对于地球上的生命如何运作是如此重要,并且对如此多的科学专业如此感兴趣,以至于我们需要组建一个由各种专家组成的国际团队。在这种情况下,协作、团队合作和有效的沟通推动了科学的发展。”

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参考文献:“ Naegleria的有丝分裂纺锤体由独特的微管蛋白制成,并突出核心纺锤体特征”,作者:Katrina B. Velle、Andrew S. Kennard、Monika Trupinić、Arian Ivec、Andrew JM Swafford、Emily Nolton、Luke M. Rice、Iva M . Tolić、Lillian K. Fritz-Laylin 和 Patricia Wadsworth,2022 年 2 月 8 日,《当代生物学》 。
DOI: 10.1016/j.cub.2022.01.034

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