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那些能在超过100°C下生存的微生物藏着延缓衰老新线索
2022-06-20

来源:原理

一直以来,生活在温泉中以及深海热液喷口中的微生物,是令众多科学家为之着迷的事物。现在,这些能够在超过100°C的温度下生存的微生物再次引发了科学家的兴趣。因为它们不仅能够在一些“极端环境”下生存,而且还可能隐藏着与人类等更多复杂生物长寿有关的奥秘。

在一项新发表于《细胞代谢》的研究中,研究人员在一些嗜热的古核生物身上发现了一种基因突变,这种突变能够防止蛋白质在合成的过程中出现错误。通过将这种突变引入到酵母、果蝇以及秀丽隐杆线虫体内,研究人员首次证实了,减少蛋白质误差(protein error)与延长寿命之间有着直接联系。

基因是细胞中的蛋白质和其他分子的“构建蓝图”,然而在基因的翻译过程中,时有故障出现,导致有缺陷的蛋白质产生。一直以来,许多与衰老有关的研究都集中在基因突变的积累上,而影响机体健康的蛋白质误差则在很大程度上被忽视了。事实上,新的蛋白质在合成过程中出现误差的频率,比基因在复制过程中产生突变更加频繁。

核糖体是进行基因翻译的一个关键所在,它能够利用DNA指令将氨基酸组装成蛋白质。当核糖体犯错时,产生的蛋白质就可能无法正确折叠。目前,科学家已经知道蛋白质的错误折叠或聚集与一些疾病密切相关,比如阿尔茨海默病、帕金森病等等。在通常情况下,细胞是有能力发现并处理这些有缺陷的蛋白质的,但这种“维修功能”会随着生物体年龄的增长而减弱。

在新的研究中,研究人员开始思考这些问题:蛋白质误差的减少能否改善健康状况?减少翻译错误能够延长寿命吗?

他们对一种名为RPS23的蛋白质进行了研究,这是核糖体中对准确翻译至关重要的一个部分。从奶牛到肠道微生物,研究人员发现在许多物种体内,PRS23的一个关键位置上存在一种相同的氨基酸——唯独在几种嗜热的微生物身上出现了例外。

这是一些可以在极端的高温和酸性环境下茁壮成长的单细胞古核生物,研究人员发现,它们的核糖体的那个关键位置的氨基酸被另一种氨基酸取代了,出现了一种名为RPS23 K60R的突变。这种突变引发了研究人员的好奇。在实验室中,他们通过基因编辑技术CRISPR,使酵母、果蝇以及秀丽隐杆线虫这三种简单的模型生物也出现这种突变。

结果发现,与未经过基因编辑的对照组相比,拥有了这种突变的酵母、果蝇以及秀丽隐杆线虫拥有更少的蛋白质误差,而且它们都能在更高的温度下存活。数据显示,被基因编辑过后的这三种生物,寿命延长了9%到23%。而且随着年龄的增长,它们也比未经编辑过的对照组表现得更为健康。

也就是说,这些生物可以只通过一个单个的基因突变,就改善其蛋白质的合成,并延长其寿命。这是一项令人惊喜的发现,因为以往对衰老和长寿的研究表明,单个突变很容易让事情变得更糟,因此这是非常困难且少见的现象。

目前,研究人员还不清楚这种突变是如何提高核糖体的准确性的;同样不清楚的是,如果这种突变是有益的,为什么只有几种特定的古生菌具有这种现象?

研究人员推测,或许在不那么极端的环境中,基因突变所付出的代价会超过它能带来的好处。而在高温环境下,蛋白质更容易发生错误折叠,因此给生物体精确地制造蛋白质带来了很大的难度。另外,研究人员还发现,被基因编辑过的酵母、苍蝇和秀丽隐杆线虫的生长会得到延缓,而这对于需要快速发展以与其他物种争夺资源的生物来说,会是一种昂贵的代价。

尽管未知的问题还有很多,但这项研究仍是一项了不起的突破,它标志着生物学家在思考衰老原因时的一种范式转变,显著提高了科学家对于与长寿有关的关键因素的理解。它表明了蛋白质在合成中出现的错误,是导致衰老的一个重要驱动因素,这也将成为未来在研发可以促进健康衰老的药物时的一个关注焦点。

目前,一些已经获得批准可用于人类的药物也可以减少蛋白质误差,比如雷帕霉素、曲美替尼等等,这些药物也被认为是抗衰老药物。未来,科学家或许将有更大的动力去寻找能够对翻译的准确性产生影响的其他化合物,从而更好地改善与衰老有关的疾病的药物和治疗方法。

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