作者:王方 来源:中国科学报 发布时间:2024/2/1 17:06:48
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迄今最小!科学家发现RNA新实体

 

人类微生物群刚刚收获一个新的实体——科学家发现了比病毒还小的微小RNA片段,它们在人类肠道和口腔细菌内定殖。

不过,这些遗传物质片段太小,不足以被视为标准的生命形式。它们是传递细胞可以读取的信息的最小已知元素之一,其编码的序列对科学来说是全新的。1月21日,这项工作发布于bioRxiv预印本服务器,尚未经过同行评审。

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在人类口腔血链球菌中生活的一种RNA实体。图片来源:英国卫生安全局

“这非常奇特。”未参加这项研究的美国北卡罗来纳大学教堂山分校生物学家Mark Peifer说,“世界充满了新事物,这项研究重新唤起了科学发现带来的快乐感觉。”

论文作者之一、美国斯坦福大学生物化学家Ivan Zheludev和同事将这些新发现的元素称为“方尖碑”。分析表明,它们的基因组似乎是由RNA环组成的,这些环被折叠成杆状结构。

20世纪早期,植物病理学家发现了类病毒,基本上是一种没有病毒典型蛋白质外壳的RNA环。看起来,类病毒基因组根本不编码任何蛋白质。它们与植物的基因组相互作用,有时是以毁灭性的方式。例如,它们会导致土豆、菊花等作物和花卉发育迟缓与变形。

人们一直认为类病毒仅限于植物,但在过去5年里,一系列研究报道了在多种动物和真菌中发现的类病毒元素。去年的一项研究首次提供了它们可能存在于细菌中的线索。

Zheludev和同事开发了一种复杂的软件,利用类病毒特有的环状RNA在人类粪便的RNA数据库中寻找类似元素,终于发现了“方尖碑”。尽管“方尖碑”与许多类病毒具有相同的形状,但基因序列却截然不同,这意味着它们是一个独立但相关的群体。

后续搜索发现,各大洲人类粪便样本中都有大量“方尖碑”。作者从472名个体近10%的肠道和口腔微生物群样本中发现了这些元素的证据,其中大部分来自北美。研究发现,来自身体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为止在其他生物中发现的任何基因,研究者得出结论,它们包含了一类不同的RNA,这些RNA已经在人类和全球微生物群中定殖,并且未被注意到。

瑞典农业科学大学分子生物学家Joan Marquez Molins没有参与这项工作。她表示,这项研究是“一个里程碑”,因为它提供了最好的证据证明这些元素在细菌世界中广泛存在,而不仅仅是在更复杂的生物体中。“它在人群中并不是零星的或孤立的,确实影响了相当数量的样本。”

美国俄亥俄州立大学生物学家Matthew Sullivan说,“方尖碑”是否会影响人类健康尚不清楚,但它们可能会改变宿主细菌的遗传活性,进而影响人类基因。

一个例子是,在常见的口腔细菌——血链球菌中,研究人员发现了一个“方尖碑”家族。由于血链球菌很容易生长,科学家或许可以利用它们解决“方尖碑”如何复制、如何影响细菌以及它们的蛋白质有什么作用等问题。

这样的实验可以揭示生命起源的真相。尽管科学家是第一次看到“方尖碑”,但因为体积小、结构简单且具有自我复制的能力,它们可能是地球上所有生命的前身。

相关论文信息:https://doi.org/10.1101/2024.01.20.576352

 
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