在一項新的研究中，來(lái)自美國西北大學(xué)的研究人員發(fā)現將突變果蠅的代謝率降低50%，它們攜帶的很多突變的預期有害影響就從未表現出來(lái)。在通過(guò)實(shí)驗測試這些果蠅的許多不同基因突變后，他們每次都發(fā)現了相同的結果。相關(guān)研究結果于2019年7月25日在線(xiàn)發(fā)表在Cell期刊上，論文標題為“Repressive Gene Regulation Synchronizes Development with Cellular Metabolism”。
論文共同通訊作者、在西北大學(xué)領(lǐng)導實(shí)驗研究的Richard Carthew說(shuō)道，“當這些突變果蠅以正常的代謝率發(fā)育時(shí)，發(fā)育問(wèn)題就出現。當我們降低它們的代謝率時(shí)，發(fā)育問(wèn)題就會(huì )消失。它們發(fā)育得更慢，生長(cháng)得更慢，但是它們是正常的動(dòng)物。”
論文共同通訊作者、在西北大學(xué)領(lǐng)導計算研究的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(huì )產(chǎn)生嚴重的發(fā)育后果。事實(shí)證實(shí)對于某些基因來(lái)說(shuō)，這是不正確的---只要你也延緩了生長(cháng)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(chǎng)養殖的雞因過(guò)度生長(cháng)而產(chǎn)生更多的發(fā)育問(wèn)題，或者為何熱量限制與長(cháng)壽有關(guān)。
這些研究人員發(fā)現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。microRNA存在于所有植物和動(dòng)物物種中，在調節基因表達中起著(zhù)關(guān)鍵作用。簡(jiǎn)而言之，microRNA控制著(zhù)發(fā)育、生理和行為。
Carthew說(shuō)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(méi)有任何microRNA，你就會(huì )死亡。就這么簡(jiǎn)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(lái)，它們生長(cháng)，而且它們變成了正常的成年果蠅。”
他補充道，“我們的研究結果表明這整個(gè)基因調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。當他在有限數量的粗劣食物上飼養突變果蠅時(shí)，Morgan注意到一些突變的影響從未表現出來(lái)。Carthew說(shuō)道，“他認為這很有趣，但他沒(méi)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(jiàn)的，它能夠讓復雜系統調整性能來(lái)滿(mǎn)足期望的反應。在數年內開(kāi)展數百次實(shí)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有時(shí)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(shuō)道，“當你研究在細胞內相互作用的所有不同蛋白和基因時(shí)，你可能會(huì )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(cháng)并出現問(wèn)題，那么這可能是災難性的。你需要這些復雜的網(wǎng)絡(luò )，這是因為它們增加冗余來(lái)防止災難發(fā)生。”
他說(shuō)，“但是，如果你緩慢地生長(cháng)，那么你可能并不需要這么復雜的系統。你有更多時(shí)間來(lái)調整錯誤，并對發(fā)生的變化作出反應。”
換言之，如果你給系統更多的時(shí)間，那么它最終會(huì )到達它需要到達的地方。Carthew說(shuō)，這一發(fā)現最終可能也適用于癌癥。
他說(shuō)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(huì )考慮如何靶向癌細胞代謝的方法。通過(guò)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出它們的癌癥表型。”
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