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酵母细胞被嵌入人类基因仍存活

来源:生物探索 作者: 2015-5-25

摘要: 科学家们发现,虽然人类和酵母已经在不同的道路上进化了十亿年,但我们之前的相似之处仍然非常多。他们将四百多个人类基因分别插入到酵母细胞中,发现大约50%的基因能够行使功能让这种真菌存活下来。“这意味着,即使经过十亿年的分歧,同样的基因仍旧行使同样的功能。”众所......



科学家们发现,虽然人类和酵母已经在不同的道路上进化了十亿年,但我们之前的相似之处仍然非常多。他们将四百多个人类基因分别插入到酵母细胞中,发现大约50%的基因能够行使功能让这种真菌存活下来。这项研究于五月二十一日提前发表在Science杂志的网站上。

“这很神奇,”印第安纳大学的进化生物学家Matthew Hahn评论道。“这意味着,即使经过十亿年的分歧,同样的基因仍旧行使同样的功能。”

众所周知,人类和酵母存在一定的分子相似性。三分之一的酵母基因可以在人类基因组中找到对应的版本。酵母和人类的对应蛋白,在氨基酸序列上平均重叠32%。

人类和酵母的共享基因引起了德克萨斯大学系统生物学家Edward Marcotte的兴趣。酵母是没有血液的单细胞生物,但它们携带着负责脊椎动物新血管生长的基因,这些基因帮助酵母应答压力。“我们想知道酵母和人类基因在功能上的相似程度,”Marcotte说。

他和研究团队系统性分析了,人类基因是否能够在酵母中起作用。研究人员选择了414个决定酵母存活的基因,比如说控制代谢和处理废物的基因。他们将酵母基因关闭或者去除,然后送入相应的人类基因。如果酵母能够在培养皿上生长,就说明人类基因成功行使了酵母基因的功能。

研究人员发现,有176个人类基因可以让酵母存活下来。Marcotte指出,四百多个酵母基因中大约一半能被人类基因代替,这些人类基因在酵母中仍旧能够行使功能,它们是酵母和人类的共同祖先留下的遗产。 那么这些基因具有怎样的特点呢?研究人员评估了一百多种可能的影响,从基因长度到蛋白质丰度。他们发现,人类基因是否能够替代酵母基因,并不取决于DNA序列的相似程度。在一组密切合作的人类基因中,要么大多数都能替代酵母基因,要么大多数都不能替代。举例来说,在促进DNA复制的一个通路中,任何基因都不能替代。但在制造胆固醇的分子通路中,几乎所有基因都能够替代。 这项研究只说明配备了人类基因的酵母可以生存,并未展示这些酵母能否与天然酵母竞争,美国国家生物技术信息中心的进化生物学家Eugene Koonin评论道。不过这项研究有力地证明了一个曾经受到质疑的观点:不同生物的对应基因具有类似的功能。

Marcotte认为人们应当进一步利用酵母进行研究。过去研究者们一般是在酵母细胞中插入单个基因,其实可以引入一组自己感兴趣的基因,这将有助于开发新药物或者研究疾病中出现问题的分子回路。

据国外媒体报道,科学家近日完成一项有趣的实验,将人类基因嵌入了酵母菌株内,并且发现嵌入人类基因的酵母菌株仍然可以存活。这项实验表明我们可以利用酵母菌株研究遗传病,酵母基因与人类有着部分联系,属于生物家族树中人类的远房亲戚,作为一种单细胞真菌,酵母与我们的共同之处还挺多,人类基因与酵母可以发生交换并生存。本项实验来自得克萨斯大学奥斯汀分校,科学家利用基因工程将人类基因嵌入酵母细胞中,结果发现一群实验群体在进化过程中非常稳定。

与人类基因交换的酵母细胞能够为遗传病的研究提供实验品,科学家能够以此观察遗传病如何在酵母后代中进化,也可以利用酵母细胞筛选治疗疾病的药物。科学家发现人类疾病与基因存在很大关系,一些基因出现突变后很容易引发某些疾病,未来的研究将基于酵母细胞研究遗传病的进化,更好地了解某些变异如何影响一个人的健康。研究人员还可以利用精确定向技术将人类基因导入某个酵母基因片段,测试不同的药物反应,实验新的治疗方法。

尽管酵母由单细胞构成,人类拥有数万亿细胞组织,但我们与酵母细胞有着成千上万相似的基因,算是人类的远房亲戚。科学家发现在酵母细胞中,大约有450个基因位点非常重要,能够作为工程菌株。该校分子生物科学和合成生物学中心主任爱德华-马克特认为即使经过数十亿年的进化,人类细胞与其他生物的细胞仍然有通用的部分,能够作为人类基因工程菌株使用。

科学家下一步计划对比嵌入人类基因的酵母菌株,观察它们之间对人类基因的反应,每个酵母细胞都有不同的表达特点,这样可以筛选出合适的工程菌株,研究基因变异对人类健康的影响。同时,可以测试不同基因突变的疾病,找出可能的治疗方法。爱德华-马克特认为目前已经发现了1000对可以改造的基因,能偶用来治疗人类遗传疾病,之后还将测试更大规模的基因配对。

    前不久一家名为SynDaver的实验室利用人工合成的肌肉、肌腱、血管等创造了逼真的人体模型,用于医学院学生的教学,暗示人体器官在未来完全能够人工合成。2012年6月,美国新泽西州圣巴纳巴斯医学中心生殖医学科学研究所的科学家创造了世界上第一批转基因婴儿,修改了婴儿的基因,预示着未来人类的基因也是可以修改的。近日,得克萨斯大学奥斯汀分校的科学家利用基因工程将人类基因嵌入酵母细胞中,结果发现一群实验群体在进化过程中非常稳定,这是人类基因与其他物种基因杂交的新案例。

  这些实验表明我们可以制造器官、改造基因甚至是把人类基因与其他物种基因进行杂交,得克萨斯大学奥斯汀分校做的实验是利用酵母菌株研究遗传病。因为酵母基因与人类有着部分联系,属于生物家族树中人类的远房亲戚,作为一种单细胞真菌,酵母与我们的共同之处还挺多,人类基因与酵母可以发生交换并生存。

  与人类基因交换的酵母细胞能够为遗传病的研究提供实验品,科学家能够以此观察遗传病如何在酵母后代中进化,也可以利用酵母细胞筛选治疗疾病的药物。

  那么人类基因与酵母之间是如何进行杂交的呢?科学家发现尽管酵母由单细胞构成,人类拥有数万亿细胞组织,但我们与酵母细胞有着成千上万相似的基因,算是人类的远房亲戚。酵母细胞中大约有450个基因位点非常重要,能够作为工程菌株即使经过数十亿年的进化,人类细胞与其他生物的细胞仍然有通用的部分。研究人员利用精确定向技术将人类基因导入某个酵母基因片段,测试不同的药物反应。


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