WPI生物學(xué)家的發(fā)現(xiàn)提供了進(jìn)化線索

馬薩諸塞州伍斯特-2019年8月15日-伍斯特理工學(xué)院(WPI)的一名生物學(xué)家證明，蠕蟲(chóng)通信系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵生物組件可以被重復(fù)用于不同的任務(wù)，這是關(guān)于進(jìn)化工作的一個(gè)重要發(fā)現(xiàn)?？傆幸惶?，它可能會(huì)影響藥物的相互作用、農(nóng)業(yè)生物工程的研究，以及通過(guò)世代更好地了解遺傳。

WPI的生物學(xué)和生物技術(shù)副教授賈根斯里尼瓦桑(Jagan Srinivasan)和他的研究團(tuán)隊(duì)在《自然通訊》(Nature Communications)上發(fā)表了他們的研究成果，這是一份備受尊敬的同行評(píng)審科學(xué)期刊。本文“秀麗隱桿線蟲(chóng)生物間通訊神經(jīng)遞質(zhì)信號(hào)的共同選擇”重點(diǎn)研究了參與生物間信號(hào)傳遞的化學(xué)通訊成分的進(jìn)化，這對(duì)動(dòng)物在自然環(huán)境中的導(dǎo)航和生存非常重要。

斯里尼瓦桑說(shuō)：“進(jìn)化是聰明的、復(fù)雜的和機(jī)會(huì)主義的?！斑@是一種古老的蛋白質(zhì)。蠕蟲(chóng)被用于一件事，然后，當(dāng)一個(gè)新的需求出現(xiàn)時(shí)，它被用于一個(gè)新的功能。它利用已經(jīng)存在的東西，并將其用于新的功能，而不是創(chuàng)造更節(jié)能的東西?？茖W(xué)家們假設(shè)這種生物可以重復(fù)使用，但沒(méi)有人展示過(guò)。我們相信，我們是第一個(gè)在信號(hào)系統(tǒng)中展示這種再利用的受體?！?

神經(jīng)遞質(zhì)和受體在生物學(xué)中起著核心作用，這使得細(xì)胞和動(dòng)物之間的交流成為可能。例如，在秀麗隱桿線蟲(chóng)中，它們是廣泛用于生物和生物醫(yī)學(xué)研究的透明線蟲(chóng)，需要一種名為TYRA-2的神經(jīng)遞質(zhì)感知受體，這是蠕蟲(chóng)對(duì)osas#9的回避反應(yīng)的特異性信息素。饑餓。如果蠕蟲(chóng)正在挨餓，它會(huì)分泌osas#9，向其他蠕蟲(chóng)發(fā)出信號(hào)，因?yàn)闆](méi)有食物而避開(kāi)該區(qū)域。Osas#9和TYRA-2一起工作來(lái)避免這種回避。

2017年，斯里尼瓦桑團(tuán)隊(duì)獲得了美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院160萬(wàn)美元的資助，部分資金被找到。線蟲(chóng)重復(fù)使用TYRA-2受體來(lái)引起惡心的反應(yīng)，不是在細(xì)胞之間，而是在蠕蟲(chóng)之間。這代表了一種跨生物的交流途徑，它是由細(xì)胞間神經(jīng)遞質(zhì)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通過(guò)共同選擇神經(jīng)遞質(zhì)及其同源受體而進(jìn)化而來(lái)的。

其他科學(xué)家此前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)氨基酸受體可以重新定位，但Srinivasan的團(tuán)隊(duì)是第一個(gè)展示神經(jīng)遞質(zhì)受體再利用的團(tuán)隊(duì)。他將研究其他類型的受體是否可以不同地使用。

“這還不是故事的結(jié)尾。這只是冰山一角，”斯里尼瓦桑說(shuō)?！斑@種重復(fù)使用告訴你神經(jīng)遞質(zhì)信號(hào)是如何發(fā)展的，以及它如何影響生物體，無(wú)論是人類、蠕蟲(chóng)還是蒼蠅。”

在四年多的時(shí)間里，在這一高潮的研究過(guò)程中，自然交流論文，斯里尼瓦桑與克里斯托弗斯萊德' 18博士在生物學(xué)和生物技術(shù)方面合作；道格拉斯雷利，生物學(xué)和生物技術(shù)博士研究生；和Veronica Coyle '16，本科主修生物和生物技術(shù)；伊麗莎白迪洛雷托，他實(shí)驗(yàn)室的研究員。

他的團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在正導(dǎo)致斯里尼瓦桑和他的研究實(shí)驗(yàn)室專注于三個(gè)不同但相關(guān)的領(lǐng)域，這可能受到他的重新發(fā)現(xiàn)的影響。

該團(tuán)隊(duì)正在研究他們關(guān)于重新定位的發(fā)現(xiàn)如何影響我們對(duì)藥物相互作用的理解。例如，針對(duì)特定疾病(如糖尿病)的藥物可能已經(jīng)配制好了，但通過(guò)更好地理解某人的身體如何使用相同的神經(jīng)受體來(lái)使用相同的藥物來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的功能，科學(xué)家可以更好地確定潛在效用在治療傳染病方面的非目標(biāo)效應(yīng)。

WPI的研究人員還將研究攻擊植物、導(dǎo)致疾病、作物和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失的寄生線蟲(chóng)。例如，西部農(nóng)場(chǎng)出版社(一家專注于加州和亞利桑那州農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的新聞網(wǎng)站)的一份報(bào)告指出，大豆孢囊線蟲(chóng)被認(rèn)為是大豆面臨的最嚴(yán)重的病害威脅，估計(jì)它將減少美國(guó)大豆生產(chǎn)者的回報(bào)。每年接近10億美元。Srinivasan正在研究是否可以設(shè)計(jì)植物產(chǎn)生osas#9作為逆轉(zhuǎn)劑，并發(fā)出回避信號(hào)使線蟲(chóng)離開(kāi)植物，這樣農(nóng)民就不需要使用殺蟲(chóng)劑。

Srinivasan還將他的發(fā)現(xiàn)應(yīng)用于表觀遺傳學(xué)研究，這是一個(gè)相當(dāng)新且發(fā)展迅速的研究代際(遺傳)效應(yīng)的研究領(lǐng)域。Srinivasan一直在研究環(huán)境和生活變化引起的基因變化是如何傳遞的，現(xiàn)在正在研究這些變化會(huì)影響多少代線蟲(chóng)。

“當(dāng)你把你的母親暴露在9號(hào)osas中時(shí)，似乎這個(gè)受體可能會(huì)引起表觀遺傳。六代孩子對(duì)此都很敏感，”斯里尼瓦桑說(shuō)。“為什么會(huì)這樣？這種重復(fù)使用的數(shù)據(jù)是這個(gè)問(wèn)題的一大部分。我們把這些問(wèn)題放在一起?！?

斯里尼瓦桑與康奈爾大學(xué)化學(xué)和化學(xué)生物學(xué)教授弗蘭克施羅德合作，于2013年發(fā)現(xiàn)了osas#9神經(jīng)遞質(zhì)。

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