干燥的緩坡劑可能會指向藥物保存和有韌性的作物的途徑

緩速植物如何在極端干燥的環(huán)境中生存的新見解可能揭示出保持藥物，增強農(nóng)作物對干旱或抵抗疾病的耐受性的新方法，但是到目前為止，對于這些微小的生物如何承受干燥作用還沒有簡單的答案。

盡管被稱為苔蘚小豬，但緩步動物的作用遠不止是在植被中打轉(zhuǎn)。這些微生物存在于從山頂?shù)缴詈：系纳鷳B(tài)系統(tǒng)中，可以承受極端壓力，例如干燥和凍結(jié)，甚至可以在太空中生存。

這使得這種生物(也稱為水熊)對于科學家而言越來越有趣，他們正尋求了解使它們成為生物學上最強壯的靈魂的分子過程。

研究的關(guān)鍵領(lǐng)域是它們?nèi)绾卧跇O端干燥的條件下生存，在這種條件下，它們會卷曲成球形并進入休眠狀態(tài)(稱為“ tun”)，這種狀態(tài)是一種懸浮的動畫，會關(guān)閉新陳代謝。然后，當條件合適時，他們可以在數(shù)年后恢復活力。

丹麥哥本哈根大學進化生態(tài)學的博士后瑪麗亞·卡米拉里(Maria Kamilari)博士說：“在所有非生物(物理)環(huán)境因素中，干燥被認為是對生物最有害的。” “了解極端干燥耐受性的機制可能對自然科學和生物醫(yī)學產(chǎn)生重大影響。”

疫苗

卡米拉里博士建議的一種應(yīng)用是通過冷藏以外的方法來保存疫苗中使用的分子。一些研究表明，緩凝劑中存在的特定蛋白質(zhì)可以保護稱為生物制劑的藥物中的某些酶免于干燥或冷凍。

卡米拉里博士說，如果我們更好地理解這些過程，將來可能還會增強對其他生物體的耐受性，例如幫助農(nóng)作物更好地在干旱條件下生存。

卡米拉里博士說，盡管最近幾年發(fā)表了許多關(guān)于節(jié)肢動物的發(fā)現(xiàn)，但“現(xiàn)實是我們?nèi)匀粵]有那么多信息。”例如，我們?nèi)鄙僮銐虻墓?jié)肢動物基因組(它們的概述)。完整的遺傳說明)和轉(zhuǎn)錄組-這些基因表達的分子的全部范圍的目錄。

在她領(lǐng)導的一個名為BIOSTASIS的項目中，她一直在嘗試繪制一些基本原理，然后找出是否存在“簽名”分子特征或一組特征來使這種懸浮動畫在干燥壓力下工作。例如，她正在研究當節(jié)肢動物移入或移出該狀態(tài)時哪些基因被“打開”和“關(guān)閉”或具有不同的活性水平。

第一次轉(zhuǎn)錄組

卡米拉里博士和她的同事們最近產(chǎn)生了他們收集和分析的一種海洋和一種陸生緩坡物種的第一個轉(zhuǎn)錄組。然后，他們將這些數(shù)據(jù)與來自其他兩個陸生節(jié)肢動物物種和六個其他生物體(從酵母到人類)的已知數(shù)據(jù)進行了比較，以了解苔蘚仔豬是否具有獨特的特征，從而為其抗旱能力提供了線索。

然而情況卻很復雜：雖然緩速物種具有某些共同點，但似乎也有很大的差異。卡米拉里博士說，這意味著不同類型的節(jié)肢動物可能進化出不同的適應(yīng)壓力的方式。

令人費解的是，被認為是所研究的四個物種中“最難”的海洋物種似乎缺乏表達許多關(guān)鍵蛋白的表達，這些關(guān)鍵蛋白被認為是緩凝劑特異的，并與生存的壓力有關(guān)，例如胞漿中大量的熱溶性(CAHS)蛋白質(zhì)。

卡米拉里博士說，因此這可能意味著緩坡產(chǎn)品的“少即是多”，這與人們認為“如果您擁有更多，那么您就有更大的武器庫進行反擊”的思路背道而馳。”

卡米拉里博士說，某些機制或一系列機制可能比單個基因或分子更重要-她正在進一步研究，同時收集更多信息以提高緩速生物的基線數(shù)據(jù)。

她說：“我們尚未在結(jié)果中找到統(tǒng)一的特征。” “我認為我們離底線還有很長的路要走。”

就干燥存活(被稱為脫水生物)是否是某些生物體保留的既有特征或在不同譜系中獨立進化的特征而言，這一發(fā)現(xiàn)也提出了有趣的進化問題?？桌锊┦空f，盡管相對較少的已知物種具有該特性，但它卻出現(xiàn)在生命樹上，包括植物，線蟲，真菌，細菌和稱為輪蟲的微觀水生動物。

英國劍橋醫(yī)學研究委員會分子生物學實驗室Madan Babu博士組的博士后研究員李曉涵博士同意，關(guān)于緩速植物還有很多發(fā)現(xiàn)。他說：“他們?nèi)绾卧谶@些壓力下生存仍然是一個謎。”

在他自己的項目Desiccation Survival中，他使用計算分析和實驗分析將其歸入緩坡中的CAHS蛋白中，以發(fā)現(xiàn)它們?nèi)绾伪Ｗo細胞免于干燥。將來，發(fā)現(xiàn)這一點可能有助于將這些功能復制用于其他用途。

李博士說：“如果我們知道在此過程中很重要的某些分子的性質(zhì)，我們也許能夠找到或設(shè)計出類似的分子以應(yīng)用于人類和其他材料工程中。”

無序的

他解釋說，CAHS蛋白是“內(nèi)在無序蛋白”(IDP)，這意味著它們與已知的剛性有序蛋白不同，缺乏單一的，定義明確的3D結(jié)構(gòu)。

近年來，國內(nèi)流離失所者在生物中的重要性日益凸顯，據(jù)估計，在許多生物中，三分之一的蛋白質(zhì)組(或完整的果膠蛋白)包含無序序列。

在極端干燥的條件下，緩坡細胞中的CAHS蛋白質(zhì)會從無形和柔軟的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N“生物玻璃”，這種生物玻璃將關(guān)鍵的蛋白質(zhì)和分子結(jié)合在一起，直到動物被水化。

李博士說：“我們試圖理解為什么即使沒有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，這些蛋白質(zhì)也能起到保護分子和節(jié)肢動物的作用。” “我們對他們?nèi)绾巫龅竭@一點的知識仍然有限。”

除了對構(gòu)成已知CAHS蛋白的氨基酸序列進行計算分析外，他還計劃進行測試，以查看將這些蛋白從緩凝劑轉(zhuǎn)移到酵母中的效果。在初步實驗中，他能夠重現(xiàn)以前的觀察結(jié)果，即提高了酵母的抗干燥能力，但他想通過發(fā)現(xiàn)相似程度以及是否可以找到有助于干旱生存的新序列來走得更遠。

這項研究可以進一步增強我們對潛在的細胞應(yīng)激過程和IDP的總體了解，而這些過程與IDP廣泛相關(guān)，例如阿爾茨海默氏病，心血管疾病，癌癥和糖尿病。李博士說：“就我們對人類健康和疾病的理解而言，這些蛋白質(zhì)是一個非常重要的難題。”

卡米拉里博士說，但是健康只是揭開緩速植物秘密的一種可能性，而后者可能在整個領(lǐng)域都有幫助。例如，包括“綠色”戰(zhàn)略，例如尋找冷凍的干式儲存替代品。

她說：“盡管很陳詞濫調(diào)，但我認為還有無限的可能性。” “如果我們了解干燥現(xiàn)象尚存的機制，那么我們可以解決許多不同的問題。”