馬薩諸塞州伍斯特-2019年8月15日-伍斯特理工學院(WPI)的一名生物學家證明，蠕蟲通信系統(tǒng)中的一個關鍵生物組件可以被重復用于不同的任務，這是關于進化工作的一個重要發(fā)現(xiàn)?？傆幸惶?，它可能會影響藥物的相互作用、農(nóng)業(yè)生物工程的研究，以及通過世代更好地了解遺傳。
WPI的生物學和生物技術副教授賈根斯里尼瓦桑(Jagan Srinivasan)和他的研究團隊在《自然通訊》(Nature Communications)上發(fā)表了他們的研究成果，這是一份備受尊敬的同行評審科學期刊。本文“秀麗隱桿線蟲生物間通訊神經(jīng)遞質(zhì)信號的共同選擇”重點研究了參與生物間信號傳遞的化學通訊成分的進化，這對動物在自然環(huán)境中的導航和生存非常重要。
斯里尼瓦桑說：“進化是聰明的、復雜的和機會主義的。“這是一種古老的蛋白質(zhì)。蠕蟲被用于一件事，然后，當一個新的需求出現(xiàn)時，它被用于一個新的功能。它利用已經(jīng)存在的東西，并將其用于新的功能，而不是創(chuàng)造更節(jié)能的東西?？茖W家們假設這種生物可以重復使用，但沒有人展示過。我們相信，我們是第一個在信號系統(tǒng)中展示這種再利用的受體?！?
神經(jīng)遞質(zhì)和受體在生物學中起著核心作用，這使得細胞和動物之間的交流成為可能。例如，在秀麗隱桿線蟲中，它們是廣泛用于生物和生物醫(yī)學研究的透明線蟲，需要一種名為TYRA-2的神經(jīng)遞質(zhì)感知受體，這是蠕蟲對osas#9的回避反應的特異性信息素。饑餓。如果蠕蟲正在挨餓，它會分泌osas#9，向其他蠕蟲發(fā)出信號，因為沒有食物而避開該區(qū)域。Osas#9和TYRA-2一起工作來避免這種回避。
2017年，斯里尼瓦桑團隊獲得了美國國立衛(wèi)生研究院160萬美元的資助，部分資金被找到。線蟲重復使用TYRA-2受體來引起惡心的反應，不是在細胞之間，而是在蠕蟲之間。這代表了一種跨生物的交流途徑，它是由細胞間神經(jīng)遞質(zhì)信號轉(zhuǎn)導通過共同選擇神經(jīng)遞質(zhì)及其同源受體而進化而來的。
其他科學家此前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)氨基酸受體可以重新定位，但Srinivasan的團隊是第一個展示神經(jīng)遞質(zhì)受體再利用的團隊。他將研究其他類型的受體是否可以不同地使用。
“這還不是故事的結尾。這只是冰山一角，”斯里尼瓦桑說?！斑@種重復使用告訴你神經(jīng)遞質(zhì)信號是如何發(fā)展的，以及它如何影響生物體，無論是人類、蠕蟲還是蒼蠅?！?
在四年多的時間里，在這一高潮的研究過程中，自然交流論文，斯里尼瓦桑與克里斯托弗斯萊德' 18博士在生物學和生物技術方面合作；道格拉斯雷利，生物學和生物技術博士研究生；和Veronica Coyle '16，本科主修生物和生物技術；伊麗莎白迪洛雷托，他實驗室的研究員。
他的團隊的發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在正導致斯里尼瓦桑和他的研究實驗室專注于三個不同但相關的領域，這可能受到他的重新發(fā)現(xiàn)的影響。
該團隊正在研究他們關于重新定位的發(fā)現(xiàn)如何影響我們對藥物相互作用的理解。例如，針對特定疾病(如糖尿病)的藥物可能已經(jīng)配制好了，但通過更好地理解某人的身體如何使用相同的神經(jīng)受體來使用相同的藥物來實現(xiàn)不同的功能，科學家可以更好地確定潛在效用在治療傳染病方面的非目標效應。
WPI的研究人員還將研究攻擊植物、導致疾病、作物和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟損失的寄生線蟲。例如，西部農(nóng)場出版社(一家專注于加州和亞利桑那州農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的新聞網(wǎng)站)的一份報告指出，大豆孢囊線蟲被認為是大豆面臨的最嚴重的病害威脅，估計它將減少美國大豆生產(chǎn)者的回報。每年接近10億美元。Srinivasan正在研究是否可以設計植物產(chǎn)生osas#9作為逆轉(zhuǎn)劑，并發(fā)出回避信號使線蟲離開植物，這樣農(nóng)民就不需要使用殺蟲劑。
Srinivasan還將他的發(fā)現(xiàn)應用于表觀遺傳學研究，這是一個相當新且發(fā)展迅速的研究代際(遺傳)效應的研究領域。Srinivasan一直在研究環(huán)境和生活變化引起的基因變化是如何傳遞的，現(xiàn)在正在研究這些變化會影響多少代線蟲。
“當你把你的母親暴露在9號osas中時，似乎這個受體可能會引起表觀遺傳。六代孩子對此都很敏感，”斯里尼瓦桑說?！盀槭裁磿@樣？這種重復使用的數(shù)據(jù)是這個問題的一大部分。我們把這些問題放在一起?！?
斯里尼瓦桑與康奈爾大學化學和化學生物學教授弗蘭克施羅德合作，于2013年發(fā)現(xiàn)了osas#9神經(jīng)遞質(zhì)。
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