干燥的緩坡劑可能會(huì)指向藥物保存和有韌性的作物的途徑

緩速植物如何在極端干燥的環(huán)境中生存的新見(jiàn)解可能揭示出保持藥物，增強(qiáng)農(nóng)作物對(duì)干旱或抵抗疾病的耐受性的新方法，但是到目前為止，對(duì)于這些微小的生物如何承受干燥作用還沒(méi)有簡(jiǎn)單的答案。

盡管被稱為苔蘚小豬，但緩步動(dòng)物的作用遠(yuǎn)不止是在植被中打轉(zhuǎn)。這些微生物存在于從山頂?shù)缴詈：系纳鷳B(tài)系統(tǒng)中，可以承受極端壓力，例如干燥和凍結(jié)，甚至可以在太空中生存。

這使得這種生物(也稱為水熊)對(duì)于科學(xué)家而言越來(lái)越有趣，他們正尋求了解使它們成為生物學(xué)上最強(qiáng)壯的靈魂的分子過(guò)程。

研究的關(guān)鍵領(lǐng)域是它們?nèi)绾卧跇O端干燥的條件下生存，在這種條件下，它們會(huì)卷曲成球形并進(jìn)入休眠狀態(tài)(稱為“ tun”)，這種狀態(tài)是一種懸浮的動(dòng)畫(huà)，會(huì)關(guān)閉新陳代謝。然后，當(dāng)條件合適時(shí)，他們可以在數(shù)年后恢復(fù)活力。

丹麥哥本哈根大學(xué)進(jìn)化生態(tài)學(xué)的博士后瑪麗亞·卡米拉里(Maria Kamilari)博士說(shuō)：“在所有非生物(物理)環(huán)境因素中，干燥被認(rèn)為是對(duì)生物最有害的。” “了解極端干燥耐受性的機(jī)制可能對(duì)自然科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)產(chǎn)生重大影響。”

疫苗

卡米拉里博士建議的一種應(yīng)用是通過(guò)冷藏以外的方法來(lái)保存疫苗中使用的分子。一些研究表明，緩凝劑中存在的特定蛋白質(zhì)可以保護(hù)稱為生物制劑的藥物中的某些酶免于干燥或冷凍。

卡米拉里博士說(shuō)，如果我們更好地理解這些過(guò)程，將來(lái)可能還會(huì)增強(qiáng)對(duì)其他生物體的耐受性，例如幫助農(nóng)作物更好地在干旱條件下生存。

卡米拉里博士說(shuō)，盡管最近幾年發(fā)表了許多關(guān)于節(jié)肢動(dòng)物的發(fā)現(xiàn)，但“現(xiàn)實(shí)是我們?nèi)匀粵](méi)有那么多信息。”例如，我們?nèi)鄙僮銐虻墓?jié)肢動(dòng)物基因組(它們的概述)。完整的遺傳說(shuō)明)和轉(zhuǎn)錄組-這些基因表達(dá)的分子的全部范圍的目錄。

在她領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)名為BIOSTASIS的項(xiàng)目中，她一直在嘗試?yán)L制一些基本原理，然后找出是否存在“簽名”分子特征或一組特征來(lái)使這種懸浮動(dòng)畫(huà)在干燥壓力下工作。例如，她正在研究當(dāng)節(jié)肢動(dòng)物移入或移出該狀態(tài)時(shí)哪些基因被“打開(kāi)”和“關(guān)閉”或具有不同的活性水平。

第一次轉(zhuǎn)錄組

卡米拉里博士和她的同事們最近產(chǎn)生了他們收集和分析的一種海洋和一種陸生緩坡物種的第一個(gè)轉(zhuǎn)錄組。然后，他們將這些數(shù)據(jù)與來(lái)自其他兩個(gè)陸生節(jié)肢動(dòng)物物種和六個(gè)其他生物體(從酵母到人類)的已知數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，以了解苔蘚仔豬是否具有獨(dú)特的特征，從而為其抗旱能力提供了線索。

然而情況卻很復(fù)雜：雖然緩速物種具有某些共同點(diǎn)，但似乎也有很大的差異?？桌锊┦空f(shuō)，這意味著不同類型的節(jié)肢動(dòng)物可能進(jìn)化出不同的適應(yīng)壓力的方式。

令人費(fèi)解的是，被認(rèn)為是所研究的四個(gè)物種中“最難”的海洋物種似乎缺乏表達(dá)許多關(guān)鍵蛋白的表達(dá)，這些關(guān)鍵蛋白被認(rèn)為是緩凝劑特異的，并與生存的壓力有關(guān)，例如胞漿中大量的熱溶性(CAHS)蛋白質(zhì)。

卡米拉里博士說(shuō)，因此這可能意味著緩坡產(chǎn)品的“少即是多”，這與人們認(rèn)為“如果您擁有更多，那么您就有更大的武器庫(kù)進(jìn)行反擊”的思路背道而馳。”

卡米拉里博士說(shuō)，某些機(jī)制或一系列機(jī)制可能比單個(gè)基因或分子更重要-她正在進(jìn)一步研究，同時(shí)收集更多信息以提高緩速生物的基線數(shù)據(jù)。

她說(shuō)：“我們尚未在結(jié)果中找到統(tǒng)一的特征。” “我認(rèn)為我們離底線還有很長(zhǎng)的路要走。”

就干燥存活(被稱為脫水生物)是否是某些生物體保留的既有特征或在不同譜系中獨(dú)立進(jìn)化的特征而言，這一發(fā)現(xiàn)也提出了有趣的進(jìn)化問(wèn)題?？桌锊┦空f(shuō)，盡管相對(duì)較少的已知物種具有該特性，但它卻出現(xiàn)在生命樹(shù)上，包括植物，線蟲(chóng)，真菌，細(xì)菌和稱為輪蟲(chóng)的微觀水生動(dòng)物。

英國(guó)劍橋醫(yī)學(xué)研究委員會(huì)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室Madan Babu博士組的博士后研究員李曉涵博士同意，關(guān)于緩速植物還有很多發(fā)現(xiàn)。他說(shuō)：“他們?nèi)绾卧谶@些壓力下生存仍然是一個(gè)謎。”

在他自己的項(xiàng)目Desiccation Survival中，他使用計(jì)算分析和實(shí)驗(yàn)分析將其歸入緩坡中的CAHS蛋白中，以發(fā)現(xiàn)它們?nèi)绾伪Ｗo(hù)細(xì)胞免于干燥。將來(lái)，發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn)可能有助于將這些功能復(fù)制用于其他用途。

李博士說(shuō)：“如果我們知道在此過(guò)程中很重要的某些分子的性質(zhì)，我們也許能夠找到或設(shè)計(jì)出類似的分子以應(yīng)用于人類和其他材料工程中。”

無(wú)序的

他解釋說(shuō)，CAHS蛋白是“內(nèi)在無(wú)序蛋白”(IDP)，這意味著它們與已知的剛性有序蛋白不同，缺乏單一的，定義明確的3D結(jié)構(gòu)。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)流離失所者在生物中的重要性日益凸顯，據(jù)估計(jì)，在許多生物中，三分之一的蛋白質(zhì)組(或完整的果膠蛋白)包含無(wú)序序列。

在極端干燥的條件下，緩坡細(xì)胞中的CAHS蛋白質(zhì)會(huì)從無(wú)形和柔軟的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N“生物玻璃”，這種生物玻璃將關(guān)鍵的蛋白質(zhì)和分子結(jié)合在一起，直到動(dòng)物被水化。

李博士說(shuō)：“我們?cè)噲D理解為什么即使沒(méi)有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，這些蛋白質(zhì)也能起到保護(hù)分子和節(jié)肢動(dòng)物的作用。” “我們對(duì)他們?nèi)绾巫龅竭@一點(diǎn)的知識(shí)仍然有限。”

除了對(duì)構(gòu)成已知CAHS蛋白的氨基酸序列進(jìn)行計(jì)算分析外，他還計(jì)劃進(jìn)行測(cè)試，以查看將這些蛋白從緩凝劑轉(zhuǎn)移到酵母中的效果。在初步實(shí)驗(yàn)中，他能夠重現(xiàn)以前的觀察結(jié)果，即提高了酵母的抗干燥能力，但他想通過(guò)發(fā)現(xiàn)相似程度以及是否可以找到有助于干旱生存的新序列來(lái)走得更遠(yuǎn)。

這項(xiàng)研究可以進(jìn)一步增強(qiáng)我們對(duì)潛在的細(xì)胞應(yīng)激過(guò)程和IDP的總體了解，而這些過(guò)程與IDP廣泛相關(guān)，例如阿爾茨海默氏病，心血管疾病，癌癥和糖尿病。李博士說(shuō)：“就我們對(duì)人類健康和疾病的理解而言，這些蛋白質(zhì)是一個(gè)非常重要的難題。”

卡米拉里博士說(shuō)，但是健康只是揭開(kāi)緩速植物秘密的一種可能性，而后者可能在整個(gè)領(lǐng)域都有幫助。例如，包括“綠色”戰(zhàn)略，例如尋找冷凍的干式儲(chǔ)存替代品。

她說(shuō)：“盡管很陳詞濫調(diào)，但我認(rèn)為還有無(wú)限的可能性。” “如果我們了解干燥現(xiàn)象尚存的機(jī)制，那么我們可以解決許多不同的問(wèn)題。”