海洋無脊椎動物揭示人類血液免疫系統(tǒng)的進化

據(jù)斯坦福大學的科學家稱，肉毒桿菌是一種生活在水下群體中的海洋無脊椎動物。它類似于一根模糊的針，附著在巖石上，有著與人類驚人相似的血液形成系統(tǒng)。

在12月5日在線發(fā)表的一項研究中，自然，研究人員報告說，這些不起眼的海洋生物可以提供一種方法來了解我們自己的造血系統(tǒng)，提高人類的免疫功能，并為生物發(fā)現(xiàn)找到新的免疫相關工具。

前博士后學者便雅憫羅森塔爾博士說：“哺乳動物和博特里勒斯的血液形成系統(tǒng)也共享數(shù)百個同源基因，盡管這兩個物種相隔了5億多年的進化。

羅森塔爾和研究生馬克科瓦爾斯基是這項研究的主要作者。資深作者是歐文魏斯曼(Irving Weissman)，醫(yī)學博士，弗吉尼亞和DK Ludwig癌癥研究臨床創(chuàng)新教授，病理學和發(fā)育生物學教授。斯蒂芬奎克博士，工程學院生物工程和應用物理學教授李奧特森教授；和高級研究科學家Ayelet Voskoboynik博士。

研究人員已經(jīng)分離出肉毒桿菌干細胞作為其血液和免疫系統(tǒng)的基礎，以及它們在成為成人血液和免疫細胞的過程中產(chǎn)生的祖細胞。魏斯曼說：“在所有無脊椎動物中，Botryllus的血液干細胞和祖細胞與脊椎動物的血細胞最為相似，因此有可能(如果不可能的話)它們是脊椎動物和無脊椎動物之間的‘缺失環(huán)節(jié)’。他還指導了斯坦福大學干細胞生物學和再生醫(yī)學研究所以及斯坦福大學路德維希癌癥中心。

奇怪的特征

僵尸是一種有許多奇怪特征的生物。這是自由游泳脊椎動物“蝌蚪”生活的一部分——這種動物沒有椎骨，但有一根脊索。然后它附著在一塊巖石上，經(jīng)歷了蛻變，失去了脊索、尾巴、身體肌肉和兩個大腦中的一個，然后定居下來，與潮下表面的其他僵尸生物一起生活在這個群體中。

顯微鏡下，肉毒桿菌菌落看起來像一束花，盡管事實上每個“花瓣”都是一個獨立的有機體，有自己的心臟、鰓、消化系統(tǒng)、大腦和血細胞。菌落中的單個肉毒桿菌共享共同的血液供應，甚至交換細胞。這種血液共享使得精子和卵子的干細胞以及身體組織的干細胞能夠在整個不斷增長的人群中共享。

研究人員已經(jīng)表明，肉毒桿菌和哺乳動物的血液系統(tǒng)有密切的相似之處。他們發(fā)現(xiàn)Botryllus有一個特殊的細胞培養(yǎng)箱，叫做小生境，可以容納和支持血液干細胞，很像哺乳動物骨髓中血液干細胞的小生境。他們還發(fā)現(xiàn)，肉毒桿菌血液干細胞會像哺乳動物一樣，找到自己從血管到小生境的途徑。他們在Botryllus中發(fā)現(xiàn)了327個參與血細胞形成的基因，這些基因與那些參與哺乳動物血液形成的基因相似。

此前，魏斯曼實驗室的研究人員表明，一種名為BHF的基因的單一變體可以調節(jié)單個肉毒桿菌有機體是否會從自己的身體發(fā)出血管并與鄰近的個體融合，或者經(jīng)歷免疫排斥，從而阻止血細胞交換。這項新的研究確定了BHF如何調節(jié)生物體是否在菌落中融合在一起：如果該基因產(chǎn)生的蛋白質被其他菌落認為是相容的，它可以阻止類似于人類免疫系統(tǒng)的排斥過程的激活。自然殺傷細胞攻擊非“自我”的組織。

好模特。

研究人員表示，這兩個系統(tǒng)之間有如此強的相似性，這為研究人員研究哺乳動物的許多生物現(xiàn)象提供了一個極好的模型?！安溉閯游锏难焊杉毎茈y找到。一旦發(fā)現(xiàn)，就很難追蹤血液干細胞生態(tài)位的出現(xiàn)，”Voskoboynik說?！癇otryllus是一種半透明的生物，因此我們可以很容易地找到生態(tài)位，并直觀地跟蹤每個細胞從身體的一個部位向另一個部位的遷移?！?

當一個人對另一個人進行免疫攻擊，或者兩個人融合血管時，也很容易觀察到單個生物體中的細胞是如何相互作用的。根據(jù)Voskoboynik的說法，這可以幫助科學家更好地理解生物體為什么接受或拒絕外來細胞，這些知識可以為器官移植的接受和拒絕提供見解。

Voskoboynik說：“憑借其原始但有效的免疫系統(tǒng)，Botryllus還可以讓我們深入了解如何增強我們對病原體和癌癥的免疫反應?！暗诉@項研究可能帶來的任何實際好處之外，我們很高興在探索脊椎動物、它們的血液形成和免疫系統(tǒng)進化的道路上探索這一重要指南。這不是好奇心驅動的科學嗎？我該怎么辦？”

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