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对古细菌的研究可以教会我们更多关于自己的知识

在Carl Woese将古生物定义为生命的第三个领域之后的四十二年,伊利诺伊大学厄巴纳 - 香槟分校Carl R. Woese基因组生物学研究所(IGB)的科学家们仍在以可能的方式了解这些古老的生物帮助我们更多地了解真核生物。

随着时间的推移,科学家们已经意识到古生物与真核生物有着密切的祖先关系 - 生命领域包括动物,植物等。

“每个人都对真核细胞的起源感兴趣,因为我们是真核生物,”微生物学教授雷切尔·惠特克说,他是IGB的研究主题领导者。“我们越了解古细菌,我们就越了解自己的细胞以及使我们与众不同的东西。”

IGB的研究科学家Whitaker和Changyi Zhang希望通过研究地热温泉中发现的古菌Sulfolobus islandicus来更好地了解古细菌。

他们的研究结果发表在Nature Communications上,可以深入了解古菌与真核生物的共同祖先和细胞的进化历史。他们的研究也推翻了先前对S. islandicus增长所需要的信念。

“首要问题之一是:为了成长需要什么?”惠特克说。

研究人员确定了关键基因-那些对生物体的生长和存活的关键-的S. islandicus,然后将它们相比,细菌和真核生物的必需基因,看看他们是否能找到它们之间共有的基因。

特别是,他们想知道真核生物是否与S. islandicus共享任何必需基因,因为这可以深入了解真核生物的起源。

虽然他们没有发现任何尚未定义的共有基因,但他们确实找到了一组既古老又独特的基因,对它们的生长至关重要。现在,他们想要了解这些基因是否是古细菌特有的,或者它们是否存在于古生物和真核生物的共同祖先中。

“有两种选择。要么它们曾经被一个共同的祖先共享,而且由于它们与共同的祖先不同而被真核生物所迷失,”惠特克说。“或者它们是新的,它们是在真核细胞中没有发生的古细菌中发生的创新。”

如果他们能够更好地理解这一点,他们就可以进一步了解古菌和真核生物是如何分化的,以及这种进化过程是如何在细胞内发生的。

“你能改进新功能吗?”惠特克说。“哪些类型的功能是您可以发展和改变的,哪些是必不可少的,哪些类型的功能是您可以丢失的类型?”

为了研究S. islandicus,一种在高温下生长的独特生物,Zhang必须开发新的工具来分析其基因组。这些工具使他能够对表面(S-)层进行意外发现,这是一种提供保护的古细胞外壳。

“它只有一个围绕细胞的S层,”张说。“如果细胞失去了S层,它就会失去对大量环境压力的保护。”

科学家们一致认为,S层对硫化叶菌素至关重要,但张证实并非如此。他说这令人惊讶,但他们现在有了测试古菌细胞如何在有外壳的情况下运作的工具。

“我们认为细胞正常运作可能非常重要,”惠特克说。“我们知道他们会成长,但他们看起来真的不同(没有它)。这给了我们一些关于哪些流程可能会受到影响的想法,但我们还不知道它们是什么。”

更好地了解古细菌可以帮助科学界更多地了解真核细胞的功能 - 其中许多细胞尚未被充分了解。这些功能可以影响我们的细胞健康,不健康的细胞可以导致突变和基因组不稳定,这可能导致癌症。

“我们希望,通过更好地理解这些功能的核心部分,我们可能能够更好地理解这些系统,并且这样做,更好地了解我们自己,”惠特克说。

Whitaker和Zhang说,自从发布他们的结果以来,来自世界各地的研究人员已联系他们请求访问他们的数据。

“古细菌细胞生物学领域确实注意到了这项工作......这很好,来自IGB和来自伊利诺伊州,”惠特克说。“它提醒人们,古菌研究活得很好,并且真正在这里产生重大影响。”

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