在一項新的研究中，來自美國西北大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)將突變果蠅的代謝率降低50%，它們攜帶的很多突變的預(yù)期有害影響就從未表現(xiàn)出來。在通過實驗測試這些果蠅的許多不同基因突變后，他們每次都發(fā)現(xiàn)了相同的結(jié)果。相關(guān)研究結(jié)果于2019年7月25日在線發(fā)表在Cell期刊上，論文標(biāo)題為“Repressive Gene Regulation Synchronizes Development with Cellular Metabolism”。
論文共同通訊作者、在西北大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)實驗研究的Richard Carthew說道，“當(dāng)這些突變果蠅以正常的代謝率發(fā)育時，發(fā)育問題就出現(xiàn)。當(dāng)我們降低它們的代謝率時，發(fā)育問題就會消失。它們發(fā)育得更慢，生長得更慢，但是它們是正常的動物。”
論文共同通訊作者、在西北大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)計算研究的Luís Amaral補充道，“這推翻了我們所知道的關(guān)于發(fā)育的一切模式。我們總是認為如果‘破壞’了一些基因，那么這就會產(chǎn)生嚴重的發(fā)育后果。事實證實對于某些基因來說，這是不正確的---只要你也延緩了生長中的有機體的代謝。”
這項研究可能解釋了許多因素，比如為何工廠養(yǎng)殖的雞因過度生長而產(chǎn)生更多的發(fā)育問題，或者為何熱量限制與長壽有關(guān)。
這些研究人員發(fā)現(xiàn)具有較低代謝率的果蠅能夠在不存在任何microRNA的情形下生存，這在以前被認為是不可能的。這也許是這項研究最令人吃驚的發(fā)現(xiàn)。microRNA存在于所有植物和動物物種中，在調(diào)節(jié)基因表達中起著關(guān)鍵作用。簡而言之，microRNA控制著發(fā)育、生理和行為。
Carthew說道，“我們從20年的研究中了解到microRNA對生命至關(guān)重要。如果你沒有任何microRNA，你就會死亡。就這么簡單。在我們的研究中，我們減緩了不產(chǎn)生任何microRNA的果蠅的代謝。它們存活下來，它們生長，而且它們變成了正常的成年果蠅。”
他補充道，“我們的研究結(jié)果表明這整個基因調(diào)控物家族并不是必需的。你所需要做的就是將代謝減慢大約50％。”
諾貝爾獎獲得者Thomas Hunt Morgan在1915年首次注意到飲食和基因突變之間的關(guān)聯(lián)性。當(dāng)他在有限數(shù)量的粗劣食物上飼養(yǎng)突變果蠅時，Morgan注意到一些突變的影響從未表現(xiàn)出來。Carthew說道，“他認為這很有趣，但他沒有給出任何解釋。”
Carthew和Amaral如今認為答案在于反饋控制。反饋控制在生物學(xué)、工程學(xué)、經(jīng)濟學(xué)和許多其他領(lǐng)域中是比較常見的，它能夠讓復(fù)雜系統(tǒng)調(diào)整性能來滿足期望的反應(yīng)。在數(shù)年內(nèi)開展數(shù)百次實驗之后，這兩名研究人員認為更慢的代謝讓這些果蠅的系統(tǒng)有時間校正錯誤。這顛覆了人們所知道的關(guān)于發(fā)育的一切范式。
Amaral說道，“當(dāng)你研究在細胞內(nèi)相互作用的所有不同蛋白和基因時，你可能會被所有這些組分和它們之間的相互作用折騰得不知所措。如果你快速地生長并出現(xiàn)問題，那么這可能是災(zāi)難性的。你需要這些復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，這是因為它們增加冗余來防止災(zāi)難發(fā)生。”
他說，“但是，如果你緩慢地生長，那么你可能并不需要這么復(fù)雜的系統(tǒng)。你有更多時間來調(diào)整錯誤，并對發(fā)生的變化作出反應(yīng)。”
換言之，如果你給系統(tǒng)更多的時間，那么它最終會到達它需要到達的地方。Carthew說，這一發(fā)現(xiàn)最終可能也適用于癌癥。
他說道，“腫瘤具有極高的代謝活性。腫瘤攝入了大量的能量，這就是為何癌癥患者經(jīng)常精疲力竭的原因。我們可能會考慮如何靶向癌細胞代謝的方法。通過延緩癌細胞的代謝率，我們可能能夠阻止腫瘤細胞中的致癌突變表現(xiàn)出它們的癌癥表型。”
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