被人工剥离大量基因的生命体在进化实验中重新获得了失去的能力

被人工剥离大量基因的生命体在进化实验中重新获得了失去的能力JCVI-syn3B的电子显微镜图像，这种合成生命体被设计为拥有任何已知生物体中最小的基因组，只有493个基因。不管是简单的还是复杂的，如果你把一个有机体放在一个环境中，进化过程就会开始工作。但这有一个下限吗？如果一个生命体的基因组仅由基本基因组成，这是否为进化留下了足够的回旋余地来进行试验？或者说，任何微小的变化都可能杀死生物体，这又显得太冒险了？印第安纳大学布卢明顿分校的研究人员想弄清楚。为此，他们求助于一种合成生命体，其基因组是任何已知生物体中最简单的。它最初来自一种被称为支原体的天然微生物，它的基因组已经非常小，只有901个基因。2016年，研究人员将其剥离到绝对必要的程度，包含不到500个基因--相比之下，大肠杆菌的基因组超过4000个基因。最近，其他科学家已经尝试把一些基因放回去，让合成细胞进行分裂或移动。在新的研究中，研究人员使用了一个名为JCVI-syn3B的版本，它只包含493个基因。他们在实验室中对该生命体进行了300天的培养，这足以让其繁殖大约2000代。以人类来说，这相当于大约4万年。该研究的主要作者JayLennon说："其基因组中的每一个基因都是必不可少的。人们可以假设，没有突变的回旋余地，这可能会限制其进化的潜力。"300天过后，研究人员将该菌株与未经历过进化阶段的合成生物体版本以及天然的霉菌一起放入一个新的试验室，以测试其进化的程度。然后这三个菌株进行了经典的"适者生存"的竞争。不出所料，具有相对复杂基因组的自然版本的细菌表现最好。但耐人寻味的是，进化形式的JCVI-syn3B比未进化形式的表现好得多，几乎恢复了最初从其基因组中被剥离的所有能力。仔细检查后，研究小组发现，参与构建细胞外表面的基因进化得最多。然而，其他发生了巨大变化的基因的功能仍然未知。科学家们说，这项研究突出了生命的适应性，并可能有助于为治疗病原体、为特定目的设计微生物以及生命本身的起源等研究提供信息。Lennon说："看来生命中有一些东西是非常强大的，我们可以把它简化到只有最基本的东西，但这也并不能阻止进化的工作。"这项研究发表在《自然》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1370023.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1370023.htm

日本研究人员成功合成细菌 成为可以自行移动的最小生命体

日本研究人员成功合成细菌成为可以自行移动的最小生命体在新的研究中，大阪市立大学的科学家们编辑了该生物体的最新版本，称为syn3，以赋予它一种新的能力--运动。这种合成细菌通常是球形的，不能自行走动，因此该团队通过添加七种被认为能让天然细菌游泳的蛋白质来进行实验。显微镜图像（从左至右）：天然螺浆菌、合成细菌syn3和插入了螺浆菌蛋白的syn3，使其能够移动这些蛋白质来自一种叫做螺浆菌的细菌，它有一个长的螺旋形状，可以通过扭转该螺旋的方向来游泳。当这些蛋白质被添加到syn3中时，它从通常的圆形变成了与Spiroplasma相同的螺旋形状，而且最重要的是现在能够使用相同的技术进行游泳。"会游泳的syn3可以说是'最小的移动生命体'，具有自主移动的能力，"该研究的共同第一作者MakotoMiyata教授说。"这项研究的结果有望推进我们对细胞运动的进化和起源的理解。研究世界上最小的细菌与最小的功能性运动装置可用于开发模仿细胞的微型机器人或基于蛋白质的运动。"这项研究发表在《科学进展》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1334393.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1334393.htm

研究人员复活26亿年前的CRISPR酶 仍然可以编辑细胞

研究人员复活26亿年前的CRISPR酶仍然可以编辑细胞当一个细菌被病毒感染时，它将使用CRISPR酶来剪下病原体DNA的一个片段并储存起来。如果该细菌以后遇到相同类型的病毒，它将根据该DNA片段识别它，并能够更有效地对抗它。大约十年前，科学家们发现他们可以共同采用这种识别和切割DNA的机制，并利用它来开发一种强大的基因编辑工具。由此产生的CRISPR-Cas9系统像一把分子剪刀一样工作，从细胞中剪下DNA部分，并用新的DNA替换。这正显示出它是治疗疾病、改善作物和为耐人寻味的新目的设计细菌的强大工具的前景。在这项新的研究中，西班牙CICnanoGUNE的研究人员开始绘制微生物中CRISPR的进化图。为此，他们使用了一种被称为祖先序列重建的技术，其中专门设计的算法被用来分析和比较生物体的基因组，并确定其共同祖先的基因组会是什么样子。由此，研究小组确定并合成了古代微生物可能会使用的Cas酶，这些酶可以追溯到3700万到26亿年前。在人类细胞中的测试证实，这些祖先的酶在进行基因编辑时仍有功能。也许不足为奇的是，这些古老的酶比现代的酶简单得多--这是进化过程中的一个指纹。但耐人寻味的是，这可能使它们比它们的后代更具有多功能性，后者已变得越来越有针对性地用于特定的利基。该研究的首席研究员RaúlPérez-Jiménez说："目前的系统是高度复杂的，并且适应于在一个细菌内发挥作用。当该系统在这种环境之外被使用时，例如在人类细胞中，它会被免疫系统拒绝，而且还有某些分子限制，限制了它的使用。奇怪的是，在祖先的系统中，其中一些限制消失了，这使这些系统在新的应用中具有更大的通用性。"该团队表示，这一突破可用于生产新的酶，以目前的酶无法编辑的基因组区域为目标，有可能为疾病治疗和其他基因编辑的进展开辟新的途径。该研究发表在《自然-微生物学》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1337439.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1337439.htm

生物学家研制出光动力酵母菌 带来对进化、生物燃料和细胞衰老的新认识

生物学家研制出光动力酵母菌带来对进化、生物燃料和细胞衰老的新认识AnthonyBurnett说:“坦率地说，我们对将酵母转化为光养生物(能够利用光能的生物)是多么简单感到震惊。我们所需要做的就是移动一个基因，它们在光照下的生长速度比在黑暗中快2%。没有任何微调或精心的哄骗，它就是有效的。”很容易地为酵母配备这样一个进化上重要的特征，可能对我们理解这种特征是如何起源的意义重大，以及如何将其用于研究生物燃料生产、进化和细胞老化等问题。寻找能量提升这项研究的灵感来自于该小组过去研究多细胞生命进化的工作。该小组去年在《自然》杂志上发表了他们的第一份关于多细胞长期进化实验(MuLTEE)的报告，揭示了他们的单细胞模式生物“雪花酵母”是如何在3000代的时间里进化出多细胞的。在这些进化实验中，出现了多细胞进化的一个主要限制:能量。“氧气很难扩散到组织深处，因此你得到的组织没有能力获得能量。”“我一直在寻找绕过这种基于氧的能量限制的方法。”在不使用氧气的情况下给生物体提供能量的一种方法是通过光。但是从进化的角度来看，将光转化为可用能量的能力是复杂的。例如，允许植物利用光作为能量的分子机制涉及许多基因和蛋白质，这些基因和蛋白质在实验室和自然进化中都很难合成和转移到其他生物体中。幸运的是，植物并不是唯一能将光转化为能量的生物。保持简单生物体利用光的一种更简单的方法是利用视紫红质:一种无需额外的细胞机制就能将光转化为能量的蛋白质。该研究的主要作者AutumnPeterson说:“视紫红质在生命之树上随处可见，显然是生物体在进化过程中相互获取基因而获得的。”这种类型的基因交换被称为水平基因转移，涉及在不密切相关的生物体之间共享遗传信息。水平基因转移可以在短时间内引起看似巨大的进化跳跃，比如细菌如何迅速对某些抗生素产生耐药性。这可能发生在所有的遗传信息中，特别是在视紫红质蛋白中。“在寻找将视紫红质转移到多细胞酵母中的方法的过程中，我们发现我们可以通过将其转移到常规的单细胞酵母中来了解过去在进化过程中发生的视紫红质水平转移。”为了观察他们是否能给单细胞生物配备太阳能视紫红质，研究人员将一种由寄生真菌合成的视紫红质基因添加到普通的面包酵母中。这种特殊的基因被编码为一种视紫红质，这种视紫红质会被插入细胞的液泡中，液泡是细胞的一部分，像线粒体一样，可以将视紫红质等蛋白质产生的化学梯度转化为能量。配备了空泡紫红质，酵母在光照下的生长速度大约快了2%——这对进化来说是一个巨大的好处。“在这里，我们有一个单一的基因，我们只是把它跨环境拉到一个以前从未有过光养性的谱系中，它就这样工作了。”“这表明，这种系统真的很容易，至少有时，在一个新的有机体中发挥作用。”这种简单性提供了关键的进化见解，研究人员说明了“视紫红质能够轻易地在如此多的谱系中传播，以及为什么会这样”。由于空泡功能可能有助于细胞衰老，该小组也开始合作研究视紫红质如何能够减少酵母的衰老效应。其他研究人员已经开始使用类似的新型太阳能酵母来研究推进生物生产，这可能标志着生物燃料合成等方面的重大进步。然而，这一团队更热衷于探索这种额外的好处如何影响单细胞酵母向多细胞生物的转变。“我们有这个美丽的简单多细胞模型系统，”Burnett说，他指的是长期运行的多细胞长期进化实验(MuLTEE)。“我们想给它光营养，看看它是如何改变它的进化的。”...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1414981.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1414981.htm

基于干细胞的疗法能否治疗1型糖尿病？新研究证明了该疗法的潜力

基于干细胞的疗法能否治疗1型糖尿病？新研究证明了该疗法的潜力在佐治亚州亚特兰大市举行的内分泌学会年会ENDO2022上发表的一项临床研究表明，一种名为PEC-Direct的研究性干细胞疗法，旨在发挥替代胰腺的功能，有可能为高危1型糖尿病患者提供血糖控制。研究发现，许多接受新疗法的人显示出C-肽的临床明显增加，C-肽是一种在胰腺中与胰岛素一起产生的物质。测量C-肽可以显示身体产生了多少胰岛素，因为它们都是在同一时间从胰腺中释放出来，而且数量相似。加州圣迭戈的ViaCyte公司首席医疗官ManasiSinhaJaiman表示：“这项研究代表了多个患者的C-肽首次出现临床相关的增加，表明了胰岛素的生产，并通过设备提供的干细胞治疗。”1型糖尿病患者逐渐失去了自行生产胰岛素的能力，而胰岛素是调节血糖所必需的。患者必须定期用手指棒检查这些水平，反复注射胰岛素，或随身携带笨重的设备。此外，注射胰岛素有可能在不经意间使血糖下降到不安全的水平。PEC-Direct设备旨在为控制血糖水平提供稳定、长期的胰岛素来源。该系统由一个小袋组成，内含由干细胞产生的胰腺细胞，植入人体后，会发展成产生胰岛素的细胞。该设备的开放膜使血管能够长入其中以接触细胞。患者使用免疫抑制药物来防止免疫反应。这种治疗方法是针对高风险的1型糖尿病患者，由于反复出现严重的低血糖，或难以控制的频繁和极端血糖波动等因素，他们可能特别容易出现急性并发症。该研究包括10名成年1型糖尿病患者，他们在研究开始前至少5年接受了诊断，并且无法判断他们的血糖过低（称为未察觉的低血糖症）。一位患者的初步数据显示，在植入PEC-Direct后的6个月内，受刺激的C-肽达到了临床相关的水平，血糖控制也有相应的改善。此后，多名患者的C-肽水平增加，同时HbA1C（一种测量过去三个月平均血糖水平的血液测试）下降多达1.5%，患者需要使用的胰岛素量下降多达70%。Jaiman说：“结果表明，基于干细胞的替代疗法有可能提供血糖控制，有朝一日可以消除外部注射或定量使用胰岛素的需要。这项研究提供了进一步的概念证明，继续优化PEC-Direct有希望成为1型糖尿病的功能性疗法。”...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1310187.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1310187.htm

大肠杆菌作为单细胞细菌却表现出以前未知的"多细胞性"

大肠杆菌作为单细胞细菌却表现出以前未知的"多细胞性"大肠杆菌是我们肠子里的常客，在那里它大多情况下是有帮助的，但是一旦它跑到别的器官，就会引起许多类型的感染，包括尿毒症、肺炎或食物中毒。鉴于大肠杆菌的普遍性和潜在危害，几个世纪以来，人们对它进行了仔细的研究，以找到治疗或预防感染的方法，并用于基因工程。这项新研究的通讯作者KyleAllison说："它可能是地球上研究得最好、理解得最好的生物体。因此，在微生物学家中存在一种趋势，特别是在过去20年左右，更多关注其他微生物。但我们已经发现了一些以前在细菌中从未见过的东西。"最耐人寻味的新发现是，大肠杆菌可能并不总是一个单细胞生物体。在带有活细胞成像的微流控设备的测试中，研究小组发现，有时单个细菌会聚集成"四人组"，形成玫瑰花瓣形态，这种细胞结构通常在单细胞生物中看不到，但却是多细胞生物的细胞分裂过程中的一个关键步骤。艾利森说："玫瑰花在高等生物中相当重要，如哺乳动物，因为它们启动了像胚胎发育的过程。"显微镜下的大肠杆菌，显示出形成链状的轮状体（上）和形成生物膜的平行链（下），Emory大学人们看到大肠杆菌的菌落以链状方式生长，在每个"环节"中保持其四细胞排列，可延续长达十代。平行链被发现在一个表面上形成生物膜，从而起到保护群体的作用。这种行为以前从未在大肠杆菌中出现过。"我们在这里看到的是细菌也许不是我们过去认为的那样，"埃里森说。"我的怀疑是，这种情况远比我们知道的要普遍。"除了突出一个事实，即总是有更多的东西需要学习，即使是在研究良好的物种中，该团队说，这一发现可能有助于为未来的合成生物学工作提供信息，治疗细菌感染，以及可能为各种目的创造可编程的生物膜。该研究发表在《iScience》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1341867.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1341867.htm