人類微生物群剛剛收獲一個(gè)新的實(shí)體——科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了比病毒還小的微小RNA片段，它們在人類腸道和口腔細(xì)菌內(nèi)定殖。
不過，這些遺傳物質(zhì)片段太小，不足以被視為標(biāo)準(zhǔn)的生命形式。它們是傳遞細(xì)胞可以讀取的信息的最小已知元素之一，其編碼的序列對科學(xué)來說是全新的。1月21日，這項(xiàng)工作發(fā)布于bioRxiv預(yù)印本服務(wù)器，尚未經(jīng)過同行評審。
在人類口腔血鏈球菌中生活的一種RNA實(shí)體。圖片來源：英國衛(wèi)生安全局
“這非常奇特。”未參加這項(xiàng)研究的美國北卡羅來納大學(xué)教堂山分校生物學(xué)家Mark Peifer說，“世界充滿了新事物，這項(xiàng)研究重新喚起了科學(xué)發(fā)現(xiàn)帶來的快樂感覺。”
論文作者之一、美國斯坦福大學(xué)生物化學(xué)家Ivan Zheludev和同事將這些新發(fā)現(xiàn)的元素稱為“方尖碑”。分析表明，它們的基因組似乎是由RNA環(huán)組成的，這些環(huán)被折疊成桿狀結(jié)構(gòu)。
20世紀(jì)早期，植物病理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了類病毒，基本上是一種沒有病毒典型蛋白質(zhì)外殼的RNA環(huán)。看起來，類病毒基因組根本不編碼任何蛋白質(zhì)。它們與植物的基因組相互作用，有時(shí)是以毀滅性的方式。例如，它們會(huì)導(dǎo)致土豆、菊花等作物和花卉發(fā)育遲緩與變形。
人們一直認(rèn)為類病毒僅限于植物，但在過去5年里，一系列研究報(bào)道了在多種動(dòng)物和真菌中發(fā)現(xiàn)的類病毒元素。去年的一項(xiàng)研究首次提供了它們可能存在于細(xì)菌中的線索。
Zheludev和同事開發(fā)了一種復(fù)雜的軟件，利用類病毒特有的環(huán)狀RNA在人類糞便的RNA數(shù)據(jù)庫中尋找類似元素，終于發(fā)現(xiàn)了“方尖碑”。盡管“方尖碑”與許多類病毒具有相同的形狀，但基因序列卻截然不同，這意味著它們是一個(gè)獨(dú)立但相關(guān)的群體。
后續(xù)搜索發(fā)現(xiàn)，各大洲人類糞便樣本中都有大量“方尖碑”。作者從472名個(gè)體近10%的腸道和口腔微生物群樣本中發(fā)現(xiàn)了這些元素的證據(jù)，其中大部分來自北美。研究發(fā)現(xiàn)，來自身體不同部位的微生物中的“方尖碑”有不同的序列。
由于“方尖碑”所含基因不同于迄今為止在其他生物中發(fā)現(xiàn)的任何基因，研究者得出結(jié)論，它們包含了一類不同的RNA，這些RNA已經(jīng)在人類和全球微生物群中定殖，并且未被注意到。
瑞典農(nóng)業(yè)科學(xué)大學(xué)分子生物學(xué)家Joan Marquez Molins沒有參與這項(xiàng)工作。她表示，這項(xiàng)研究是“一個(gè)里程碑”，因?yàn)樗峁┝俗詈玫淖C據(jù)證明這些元素在細(xì)菌世界中廣泛存在，而不僅僅是在更復(fù)雜的生物體中。“它在人群中并不是零星的或孤立的，確實(shí)影響了相當(dāng)數(shù)量的樣本。”
美國俄亥俄州立大學(xué)生物學(xué)家Matthew Sullivan說，“方尖碑”是否會(huì)影響人類健康尚不清楚，但它們可能會(huì)改變宿主細(xì)菌的遺傳活性，進(jìn)而影響人類基因。
一個(gè)例子是，在常見的口腔細(xì)菌——血鏈球菌中，研究人員發(fā)現(xiàn)了一個(gè)“方尖碑”家族。由于血鏈球菌很容易生長，科學(xué)家或許可以利用它們解決“方尖碑”如何復(fù)制、如何影響細(xì)菌以及它們的蛋白質(zhì)有什么作用等問題。
這樣的實(shí)驗(yàn)可以揭示生命起源的真相。盡管科學(xué)家是第一次看到“方尖碑”，但因?yàn)轶w積小、結(jié)構(gòu)簡單且具有自我復(fù)制的能力，它們可能是地球上所有生命的前身。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1101/2024.01.20.576352
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