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新陈代谢是如何开始的?

2019-07-03 09:05:08  来源:科技日报

生命通过新陈代谢过程将食物转化为能量,为运动和生长提供动力。科学界最持久的奥秘之一就是:新陈代谢是如何开始的?据物理学家组织网1日报道,为了回答这个问题,英国科学家对一种原始铁氧还原蛋白进行了逆向工程,并将其插入一个活细菌体内,结果这种蛋白成功促成了细胞的新陈代谢、生长和繁殖。

铁氧还原蛋白通过让电在细胞内移动来支持细菌、植物和动物的新陈代谢。在今天的生物体内,这些蛋白拥有不同的复杂形式,但研究人员推测,它们都来自于一种更简单的、存在于所有生命祖先体内的蛋白。

为此,研究人员比较了生物体内存在的各种铁氧还原蛋白分子,并用计算机模型设计出了其祖先形态,最终创造出了这种蛋白的一个基本版本——一种能够在细胞内导电的简单的铁氧还原蛋白。研究表明,这种蛋白经过多代演化,可以产生今天存在的许多类型的铁氧还原蛋白。

为了证明这一古代蛋白可以支持生命的繁衍生息,研究人员将其插入活细胞体内。他们去除了大肠杆菌用来创造铁氧还原蛋白的基因,加入这种蛋白。结果表明,尽管比正常情况慢,但经过基因工程修饰的大肠杆菌菌落能够存活并生长。

研究第一作者、海洋与海岸科学系博士后研究员安德鲁·穆特说:“理解作为地球所有生命祖先的古老细胞的内部运作原理,有助于我们理解生命是如何产生的,以及生命在其他世界可能出现的途径。现在,我们距离这一点更近了。”

研究报告共同作者、罗格斯·伍德约翰逊医学院教授维卡斯·南达表示,这一发现对合成生物学和生物电子学领域意义重大。合成生物学利用微生物的代谢来生产工业化学品,而生物电子学则设法运用细胞的天然电路来存储能量并执行其他功能。

南达说:“我们创造了一种支持生命繁衍的精简版本,未来的实验可以建立在这个简单的版本上,或许也可以用于工业领域。”

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