那些能在超過100°C下生存的微生物藏著延緩衰老新線索

2021年09月22日11:20

  來源:原理

  一直以來,生活在溫泉中以及深海熱液噴口中的微生物,是令眾多科學家為之著迷的事物。現在,這些能夠在超過100°C的溫度下生存的微生物再次引發了科學家的興趣。因為它們不僅能夠在一些“極端環境”下生存,而且還可能隱藏著與人類等更多複雜生物長壽有關的奧秘。

  在一項新發表於《細胞代謝》的研究中,研究人員在一些嗜熱的古核生物身上發現了一種基因突變,這種突變能夠防止蛋白質在合成的過程中出現錯誤。通過將這種突變引入到酵母、果蠅以及秀麗隱杆線蟲體內,研究人員首次證實了,減少蛋白質誤差(protein error)與延長壽命之間有著直接聯繫。

  基因是細胞中的蛋白質和其他分子的“構建藍圖”,然而在基因的翻譯過程中,時有故障出現,導致有缺陷的蛋白質產生。一直以來,許多與衰老有關的研究都集中在基因突變的積累上,而影響機體健康的蛋白質誤差則在很大程度上被忽視了。事實上,新的蛋白質在合成過程中出現誤差的頻率,比基因在複製過程中產生突變更加頻繁。

  核糖體是進行基因翻譯的一個關鍵所在,它能夠利用DNA指令將氨基酸組裝成蛋白質。當核糖體犯錯時,產生的蛋白質就可能無法正確摺疊。目前,科學家已經知道蛋白質的錯誤摺疊或聚集與一些疾病密切相關,比如阿爾茨海默病、帕金森病等等。在通常情況下,細胞是有能力發現並處理這些有缺陷的蛋白質的,但這種“維修功能”會隨著生物體年齡的增長而減弱。

  在新的研究中,研究人員開始思考這些問題:蛋白質誤差的減少能否改善健康狀況?減少翻譯錯誤能夠延長壽命嗎?

  他們對一種名為RPS23的蛋白質進行了研究,這是核糖體中對準確翻譯至關重要的一個部分。從奶牛到腸道微生物,研究人員發現在許多物種體內,PRS23的一個關鍵位置上存在一種相同的氨基酸——唯獨在幾種嗜熱的微生物身上出現了例外。

  這是一些可以在極端的高溫和酸性環境下茁壯成長的單細胞古核生物,研究人員發現,它們的核糖體的那個關鍵位置的氨基酸被另一種氨基酸取代了,出現了一種名為RPS23 K60R的突變。這種突變引發了研究人員的好奇。在實驗室中,他們通過基因編輯技術CRISPR,使酵母、果蠅以及秀麗隱杆線蟲這三種簡單的模型生物也出現這種突變。

  結果發現,與未經過基因編輯的對照組相比,擁有了這種突變的酵母、果蠅以及秀麗隱杆線蟲擁有更少的蛋白質誤差,而且它們都能在更高的溫度下存活。數據顯示,被基因編輯過後的這三種生物,壽命延長了9%到23%。而且隨著年齡的增長,它們也比未經編輯過的對照組表現得更為健康。

  也就是說,這些生物可以只通過一個單個的基因突變,就改善其蛋白質的合成,並延長其壽命。這是一項令人驚喜的發現,因為以往對衰老和長壽的研究表明,單個突變很容易讓事情變得更糟,因此這是非常困難且少見的現象。

  目前,研究人員還不清楚這種突變是如何提高核糖體的準確性的;同樣不清楚的是,如果這種突變是有益的,為什麼只有幾種特定的古生菌具有這種現象?

  研究人員推測,或許在不那麼極端的環境中,基因突變所付出的代價會超過它能帶來的好處。而在高溫環境下,蛋白質更容易發生錯誤摺疊,因此給生物體精確地製造蛋白質帶來了很大的難度。另外,研究人員還發現,被基因編輯過的酵母、蒼蠅和秀麗隱杆線蟲的生長會得到延緩,而這對於需要快速發展以與其他物種爭奪資源的生物來說,會是一種昂貴的代價。

  儘管未知的問題還有很多,但這項研究仍是一項了不起的突破,它標誌著生物學家在思考衰老原因時的一種範式轉變,顯著提高了科學家對於與長壽有關的關鍵因素的理解。它表明了蛋白質在合成中出現的錯誤,是導致衰老的一個重要驅動因素,這也將成為未來在研發可以促進健康衰老的藥物時的一個關注焦點。

  目前,一些已經獲得批準可用於人類的藥物也可以減少蛋白質誤差,比如雷帕黴素、曲美替尼等等,這些藥物也被認為是抗衰老藥物。未來,科學家或許將有更大的動力去尋找能夠對翻譯的準確性產生影響的其他化合物,從而更好地改善與衰老有關的疾病的藥物和治療方法。

  #創作團隊:

  編譯:糖獸

  #參考來源:

  https://www.ucl.ac.uk/news/2021/sep/fixing-protein-production-errors-lengthens-lifespan

  https://www.science.org/content/article/antiaging-advice-single-celled-creatures-build-better-proteins

  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1550413121004174?via%3Dihub

  #圖片來源:

  封面來源:mnaydenova / Pixabay

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