海洋無(wú)脊椎動(dòng)物揭示人類(lèi)血液免疫系統(tǒng)的進(jìn)化

據(jù)斯坦福大學(xué)的科學(xué)家稱(chēng)，肉毒桿菌是一種生活在水下群體中的海洋無(wú)脊椎動(dòng)物。它類(lèi)似于一根模糊的針，附著在巖石上，有著與人類(lèi)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(xiàng)研究中，自然，研究人員報(bào)告說(shuō)，這些不起眼的海洋生物可以提供一種方法來(lái)了解我們自己的造血系統(tǒng)，提高人類(lèi)的免疫功能，并為生物發(fā)現(xiàn)找到新的免疫相關(guān)工具。

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

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

研究人員已經(jīng)分離出肉毒桿菌干細(xì)胞作為其血液和免疫系統(tǒng)的基礎(chǔ)，以及它們?cè)诔蔀槌扇搜汉兔庖呒?xì)胞的過(guò)程中產(chǎn)生的祖細(xì)胞。魏斯曼說(shuō)：“在所有無(wú)脊椎動(dòng)物中，Botryllus的血液干細(xì)胞和祖細(xì)胞與脊椎動(dòng)物的血細(xì)胞最為相似，因此有可能(如果不可能的話(huà))它們是脊椎動(dòng)物和無(wú)脊椎動(dòng)物之間的‘缺失環(huán)節(jié)’。他還指導(dǎo)了斯坦福大學(xué)干細(xì)胞生物學(xué)和再生醫(yī)學(xué)研究所以及斯坦福大學(xué)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(dòng)物“蝌蚪”生活的一部分——這種動(dòng)物沒(méi)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(gè)大腦中的一個(gè)，然后定居下來(lái)，與潮下表面的其他僵尸生物一起生活在這個(gè)群體中。

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

研究人員已經(jīng)表明，肉毒桿菌和哺乳動(dòng)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(gè)特殊的細(xì)胞培養(yǎng)箱，叫做小生境，可以容納和支持血液干細(xì)胞，很像哺乳動(dòng)物骨髓中血液干細(xì)胞的小生境。他們還發(fā)現(xiàn)，肉毒桿菌血液干細(xì)胞會(huì)像哺乳動(dòng)物一樣，找到自己從血管到小生境的途徑。他們?cè)贐otryllus中發(fā)現(xiàn)了327個(gè)參與血細(xì)胞形成的基因，這些基因與那些參與哺乳動(dòng)物血液形成的基因相似。

此前，魏斯曼實(shí)驗(yàn)室的研究人員表明，一種名為BHF的基因的單一變體可以調(diào)節(jié)單個(gè)肉毒桿菌有機(jī)體是否會(huì)從自己的身體發(fā)出血管并與鄰近的個(gè)體融合，或者經(jīng)歷免疫排斥，從而阻止血細(xì)胞交換。這項(xiàng)新的研究確定了BHF如何調(diào)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(zhì)被其他菌落認(rèn)為是相容的，它可以阻止類(lèi)似于人類(lèi)免疫系統(tǒng)的排斥過(guò)程的激活。自然殺傷細(xì)胞攻擊非“自我”的組織。

好模特。

研究人員表示，這兩個(gè)系統(tǒng)之間有如此強(qiáng)的相似性，這為研究人員研究哺乳動(dòng)物的許多生物現(xiàn)象提供了一個(gè)極好的模型?！安溉閯?dòng)物的血液干細(xì)胞很難找到。一旦發(fā)現(xiàn)，就很難追蹤血液干細(xì)胞生態(tài)位的出現(xiàn)，”Voskoboynik說(shuō)?！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(gè)細(xì)胞從身體的一個(gè)部位向另一個(gè)部位的遷移?！?

當(dāng)一個(gè)人對(duì)另一個(gè)人進(jìn)行免疫攻擊，或者兩個(gè)人融合血管時(shí)，也很容易觀察到單個(gè)生物體中的細(xì)胞是如何相互作用的。根據(jù)Voskoboynik的說(shuō)法，這可以幫助科學(xué)家更好地理解生物體為什么接受或拒絕外來(lái)細(xì)胞，這些知識(shí)可以為器官移植的接受和拒絕提供見(jiàn)解。

Voskoboynik說(shuō)：“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(qiáng)我們對(duì)病原體和癌癥的免疫反應(yīng)?！暗诉@項(xiàng)研究可能帶來(lái)的任何實(shí)際好處之外，我們很高興在探索脊椎動(dòng)物、它們的血液形成和免疫系統(tǒng)進(jìn)化的道路上探索這一重要指南。這不是好奇心驅(qū)動(dòng)的科學(xué)嗎？我該怎么辦？”

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