史上首份生命之树线粒体全景图

蛋白目录为线粒体提供了更动态、更精细的图景，其信息量超过以往主要基于人类和酵母研究所能获得的认知。科学家首次以极高精度绘制了六种真核生物——五种单细胞寄生虫和一种植物——的线粒体蛋白目录，覆盖真核生命之树的多个分支。相关成果于10月1日至9日发表在Cell、Cell Press Blue、Molecular Cell和Current Biology的九篇论文中。该研究由霍华德·休斯医学研究所位于美国马萨诸塞州波士顿的线粒体生物学家万萨米·穆萨主持，属于线粒体蛋白质组目录项目的一部分。研究人员发现数十种人类没有、但寄生虫之间共享的蛋白，其中一些来自会引发疟疾或睡眠病的病原体；这些差异可能有助于设计新药。此外，这一工作也重新点燃了关于线粒体起源的长期争论。线粒体常被称为真核细胞的“能量工厂”，因为它负责产生能量。它拥有自己的微小DNA，与细胞核DNA不同，但细胞核DNA和线粒体DNA共同编码组成线粒体的蛋白质。过去关于线粒体的知识主要来自人类和酵母，因此许多真核生物中特有的线粒体蛋白及其分子通路可能被忽略。通过分析多个真核分支中的线粒体蛋白，团队发现更多可能指向未研究分子通路的蛋白。在寄生虫部分，团队分析了几种寄生虫的蛋白质组，包括蓝氏贾第鞭毛虫。这种寄生虫每年感染全球约2.8亿人，并可导致腹泻。捷克布拉格查理大学细胞生物学家帕维尔·多莱扎尔指出，蓝氏贾第鞭毛虫拥有微小的线粒体样细胞器，但它们生活在其他生物肠道中，环境缺氧，因此长期难以研究。团队在蓝氏贾第鞭毛虫中总共鉴定出59个线粒体相关蛋白，其中32个已知、27个为新发现；在59个蛋白中，有34个功能仍未知。多莱扎尔说，这令人惊讶，因为这意味着还存在一种我们尚不了解的新代谢，而它过去被忽视了。研究还把六物种的线粒体蛋白质组与已知的人类和酵母数据合并，建立了一个包含8619个线粒体蛋白、分成3199个蛋白家族的集合。其中约43%的蛋白家族尚未被记录在大型蛋白质数据库Pfam中；另有33个蛋白家族在真核病原体中保守存在，却不在人类中出现。穆萨认为，这些蛋白可以成为理想药物靶点，使疗法精准作用于寄生虫蛋白而不干扰人类蛋白。在线粒体起源方面，研究者普遍认为线粒体约在20亿年前形成，当时一种细菌被古菌细胞吞入，并在宿主内部建立了互利共生关系，即内共生。后来演化为线粒体的细菌被认为为宿主古菌提供了能量。综上，这份蛋白目录不仅扩展了人类对线粒体蛋白多样性的认识，也为寄生虫疾病药物开发和真核细胞器起源研究提供了新基础。