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地球大多数生命正在“紧急”休眠...

体娱 2024-10-21 21:21 辽宁

作者：Dan Samorodnitsky

许多微生物和细胞都处于深度睡眠状态，等待合适的激活时机。生物学家发现了一种广泛存在的蛋白质，它可以突然关闭细胞的活动，并以同样快的速度重新启动。

01

研究人员最近报告称，发现了一种名为“Balon”的天然蛋白质。

它可以使细胞合成新蛋白质的过程戛然而止。

Balon是在北极多年冻土的休眠细菌中发现的。

但许多其他生物似乎也能合成这种蛋白质。

这可能是一种在整个生命树上广泛存在，但被长期忽视的休眠机制。

对于地球上的大多数生命来说，休眠能力是维持生命的重要部分。

因为像缺乏食物或寒冷天气这样的恶劣条件通常会突然出现。

面对这些极端困境，许多生物并没有屈服，而是掌握了休眠的能力。

它们将生命活动和新陈代谢的速度放缓，等待条件好转，它们再重新焕发生机。

02

实际上，休眠是大多数生命的常态：

据估计，60%的微生物细胞一直都处于休眠状态。

即便是那些整体不会完全进入休眠状态的生物。

比如大多数哺乳动物，体内的一些细胞群也会休眠，然后等待最佳时机再激活。

“我们生活在一个充斥着休眠状态的星球上。”英国纽卡斯尔大学的演化分子生物学家谢尔盖·梅尔尼科夫（Sergey Melnikov）说，“生命主要就是在睡觉。”

03

细胞是如何做到这一点的？

多年来，研究人员已经发现了许多“致休眠因子”（hibernation factors）。

它们是细胞用来诱导和维持休眠状态的蛋白质。

当一个细胞检测到某种不利条件时，比如饥饿或寒冷，它就会产生一组致休眠因子来关闭自己的新陈代谢。

一些致休眠因子会破坏细胞机制，另一些会阻止基因的表达，还有一些会直接关闭细胞内合成蛋白质的工厂核糖体——这是细胞内最重要的致休眠因子。

在生长中的细菌细胞中，制造蛋白质占能量消耗的50% 以上。

这些致休眠因子会阻止核糖体合成新的蛋白质，从而将能量节省下来满足基本的生存需求。

04

今年早些时候，研究人员在《自然》杂志上发表论文称，发现了一种新的致休眠因子，并将其命名为Balon。

对它的基因序列的查找结果显示，这种蛋白质对应的基因序列在所有编入目录的细菌基因组中占到了约20%，表明这种蛋白质其实很常见。

但它的工作方式却是分子生物学家从未见过的。

此前，所有已知的干扰核糖体的致休眠因子都是被动工作的：

它们需要等待核糖体完成某一蛋白质的合成，然后才会阻止核糖体合成新的蛋白质。

然而，Balon却能让蛋白质合成的过程紧急刹车。

它会把自己塞进细胞的各种核糖体中，甚至可以让正在工作的活跃核糖体中断活动。

在此之前，人们只在游离核糖体（empty ribosomes，与之相对的是附着核糖体）中发现过致休眠因子。

“这篇关于Balon的论文非常详细，”美国印第安纳大学的演化生物学家杰伊·列侬（Jay Lennon，未参与这项研究，主要研究微生物的休眠）说，“可以增进我们对休眠机制的理解。”

05

梅尔尼科夫和他的研究生卡拉·海伦娜-布埃诺（Karla Helena-Bueno）在北极多年冻土里采集到了一种名为“Psychrobacter urativorans”的嗜冷菌，而后在这些特别适应寒冷环境的细菌中发现了蛋白质Balon。

根据梅尔尼科夫的说法，这种细菌最早是在20世纪70年代的一包冷冻香肠中被发现的，后来被著名的基因组学家克雷格·文特尔（Craig Venter）在一次北极之旅中重新发现。

他们研究了这种嗜冷菌和其他不同寻常的微生物，以此了解整个生命过程中所使用的多种多样的蛋白质制造工具，以及核糖体是如何适应极端环境的。

休眠可以由多种条件触发，包括饥饿与干旱。

因此研究人员在开展这项研究时怀着一个切实可行的目标。

梅尔尼科夫说：

“我们也许可以利用这些知识，设计出能够耐受温暖气候的生物，从而抵御气候变化。”

原文链接：

https://www.quantamagazine.org/most-life-on-earth-is-dormant-after-pulling-an-emergency-brake-20240605/

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA4NDcwODkxOA==&mid=2651674201&idx=2&sn=f6bbfac7ef06f2802b0377d031793af6

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