在人类身上发现的神秘“方尖碑”。但它们是什么?

被称为方尖碑的生物实体一直大量隐藏在人类的口腔和肠道内。斯坦福大学的一个研究小组最近发现了这些微观实体,它们是遗传物质的圆形片段,包含一个或两个基因,并自组织成棒状形状。

虽然研究仍在进行中预印本形式,这意味着它没有经过同行评审,它已经被广泛地写了,包括在两个重量级的期刊上:自然界科学.

让我们更深入地研究非常微小的“生命形式”的奇怪世界。

在生物学中,就像在物理学中一样,当我们在越来越小的尺度上移动时,事情会变得更奇怪,规则也会更模糊。

病毒,没有宿主的帮助就无法复制,可以最慷慨地被认为是处于构成生命的边缘。然而,估计10 个 nonillion(1 后跟 31 个零)单个病毒在地球上,可以在每个可以想象的栖息地中找到它们,并且通过感染和操纵它们的宿主,可能已经影响了所有生命的进化轨迹。

再往下看,微小的生物实体世界是类病毒——遗传物质(称为RNA的DNA样分子)的微小碎片,它们不能制造蛋白质,而且与病毒不同,它们没有保护壳来包裹它们的基因组。

类病毒是核酶的例子:RNA分子可能是细胞生命出现的第一批自我复制遗传元件的遥远回声。

作为复制周期的一部分,类病毒可以自我切割(切碎)和重新连接(粘在一起)它们的基因组。而且,尽管它们很简单,但它们可能会导致严重的疾病开花植物.

在病毒和类病毒之间——也许

新的预印本描述了“人类微生物组的类病毒样殖民者”。如果“类病毒”听起来没有承诺,那完全是故意的。新发现的生物实体介于病毒和类病毒之间。

事实上,方尖碑这个名字的提出不仅是因为它们的形状,而且还提供了回旋余地,以防它们更像RNA质粒(一种存在于细菌体内的不同类型的遗传元件),而不是病毒或类病毒。

像类病毒一样,方尖碑有一个环状的单链RNA基因组,没有蛋白质外壳,但像病毒一样,它们的基因组包含预测编码蛋白质的基因。

到目前为止,所有方尖碑都编码一种称为 obulin 的主要蛋白质,许多方尖碑编码第二种较小的 obulin。

Obulins与发现的任何其他蛋白质都没有进化上的相似性或“同源性”,关于它们功能的线索也很少。

通过分析从人类肠道和口腔以及其他不同来源获取的现有数据集,斯坦福大学团队发现了近30,000种不同的方尖碑类型。

这些方尖碑基因组以前一直被忽视,因为它们与之前描述的任何东西都非常不同。斯坦福大学的研究小组发现,他们使用一种巧妙的定制方法在数据库中搜索单链环状RNA分子,以找出任何类病毒元素。

从他们的结果中可以清楚地看出,方尖碑并不罕见。研究人员在遍布全球和不同利基的数据集中发现了它们。

在大约7%的人类肠道微生物组数据集和50%的口腔数据集中检测到这些元素。然而,这些数据集是否能真实地反映方尖碑的流行和分布尚不清楚。

在不同的身体部位和不同的供体中发现了不同的方尖碑类型。长期数据显示,人们可以在大约一年的时间里拥有单一的方尖碑类型。

方尖碑可能依靠微生物宿主细胞进行复制,包括那些生活在人类体内的细胞进行复制。细菌或真菌可能是宿主,但尚不清楚是哪个物种含有这些元素。

然而,研究人员通过提供强有力的证据,证明牙菌斑的常见细菌成分,血链球菌,是特定方尖碑类型的宿主。

是敌是友?

血链球菌易于在实验室中生长和实验,这将为理解方尖碑生物学的基本原理提供有价值的模型。

这一点至关重要,因为人们对方尖碑更广泛的进化和生态意义一无所知。它们可能是寄生的并伤害宿主细胞,也可能是有益的。

宿主可能已经进化出复杂的防御机制来对抗方尖碑,或者积极招募它们以获得一些意想不到的优势。如果方尖碑改变或扰乱了人类微生物组,这反过来可能会对人类健康产生影响——它们甚至可能具有治疗潜力。

或者,方尖碑可能既不会对其微生物宿主或人类造成伤害,也不会对人类造成伤害。相反,它们可能只是作为隐蔽的进化乘客而存在,像最初的“自私基因”一样,默默地、无休止地复制。

埃德·菲尔,米尔纳进化中心微生物进化教授,巴斯大学

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