研究人員: 發現可以加速人類表觀遺傳學的研究
日期： 2018年12月3日
資源：內布拉斯加大學林肯分校
摘要：
研究人員已經報導了在稱為古細菌的單細胞生物中的表觀遺傳學的第一個實驗證據。 作者說，古細菌的簡單性 - 以及它們的細胞在某些重要方麵類似於真核生物的事實 - 可能使研究人員能夠比以前更快，更容易地研究人類中的表觀遺傳問題。
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正如PNAS雜誌所詳述的那樣，內布拉斯加州的Sophie Payne及其同事報告了單細胞古細菌中表觀遺傳學的第一個實驗證據。 古細菌的簡單性，以及它們的細胞在某些重要方麵類似於真核生物的事實，可能使研究人員能夠比以前更快，更便宜地研究人類中的表觀遺傳問題。 研究人員說，這一發現也引發了對錶觀遺傳學出現的質疑。
圖片來源：Greg Nathan | 內布拉斯加大學林肯分校
內布拉斯加大學林肯分校的研究人員發現了一種革命性的證據，證明在復雜生物體中起作用的進化現像也在其單細胞，極端愛好的同行中發揮作用。
物種通常通過連續世代遺傳的DNA突變而進化。 幾十年前，研究人員開始發現多細胞物種也可以通過表觀遺傳學進化：這些特徵不是源於遺傳變異，而是源於控制生物體DNA獲取的細胞蛋白質的遺傳。
因為這些蛋白質可以響應生物體環境的變化，表觀遺傳學依賴於自然與培育之間的薄弱邊界。 它的證據只出現在真核生物中，即包含動物，植物和其他幾個王國的多細胞生命領域。
但來自內布拉斯加州的Sophie Payne，Paul Blum及其同事的一系列實驗表明，表觀遺傳學可以傳遞一種古細菌的極端耐酸性：微觀的單細胞生物，與真核生物和細菌共有特徵。
“令人驚訝的是，它存在於這些相對原始的生物體中，我們知道它們是古老的，”布魯姆，內布拉斯加州生物科學教授查爾斯貝西說。 “我們一直認為這是一種（進化上的）新事物。但表觀遺傳學並不是地球上的新生。”
研究小組在Sulfolobus solfataricus中發現了這種現象，這是一種食用硫的物種，在黃石國家公園沸騰的醋酸性泉水中茁壯成長。 通過在幾年內將物種暴露於增加的酸度水平，研究人員進化出三種菌株，其耐受性比其黃石祖先高178倍。
其中一種菌株在其DNA中沒有突變的情況下進化出抗性，而另外兩種菌株在相互排斥的基因中發生突變，這些基因不會導致耐酸性。 當團隊破壞被認為控制抗性相關基因表達的蛋白質時 - 讓DNA本身保持不變 - 這種抗性在後代中突然消失。
“我們預測它們會發生突變，我們會跟踪這些突變，這會告訴我們是什麼導致了極端的耐酸性，”Blum說。 “但這不是我們發現的。”
雖然表觀遺傳學對於人類中一些最俱生產力和破壞性的生理過程至關重要 - 細胞分化為約200種類型，即癌症的發生 - 但在真核生物中研究仍然很困難。
Blum說，古細菌的簡單性，以及它們的細胞在某些重要方麵類似於真核生物的事實，應該允許研究人員比以前更快，更便宜地研究表觀遺傳問題。
“我們不知道是什麼改變了人類改變表觀遺傳特徵的轉變，”布魯姆說。 “而且我們肯定不知道如何經常扭轉它。這是我們要追求的第一件事：如何打開它，如何關閉它，如何讓它轉換。這對你有好處考慮（管理）我們的特徵或植物的特性。“
佩恩說，這一發現也引發了一些問題，特別是關於真核生物和古生菌如何採用表觀遺傳學作為遺傳方法。
生物科學博士生佩恩說：“也許他們都擁有它，因為它們與擁有它的共同祖先不同。” “或許它可能會進化兩次。從進化的角度來看，這是一個非常有趣的概念。”
Blum表示，該團隊同樣對錶觀遺傳學是否以及如何解釋為什麼沒有已知的古細菌引起疾病或如同細菌那樣對其兄弟進行抗生素武裝的戰爭一樣感到好奇。
“那個世界沒有抗生素，”他說。 “為什麼會這樣？我們認為它與表觀遺傳學有關，所以它們之間的相互作用與細菌根本不同。”
Blum說，這一發現還引入了一個更廣泛的問題。
“他們有這個好處有什麼好處？我們不知道。”
故事來源：
材料由內布拉斯加大學林肯分校提供。
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