研究人员发现参与酵母毒性竞争的新基因

根据发表在美国国家科学院院刊上的一项新研究，美国国立卫生研究院的研究人员已经确定了一种使酵母对致命毒素具有抗性的基因。为了研究毒素抗性的演变，隶属于NIH的国家人类基因组研究所(NHGRI)的研究人员使用酵母——一种常用于家庭烘焙的酵母——作为模式生物。虽然研究人员早就知道酵母具有逃避致命毒素影响的非凡能力，但直到现在，其原因还是个谜。

“像这样的研究很好地揭示了调解这些物种内斗争的基因组学的复杂性，”NHGRI校内研究项目科学主任CharlesRotimi博士说。“虽然这是一个关于酵母的故事，但这些机制肯定会影响对毒素及其对人类影响的研究。”

纵观人类历史，人们一直在与其他生物体产生的各种毒素作斗争，例如蜘蛛、植物、蛇，甚至霍乱或炭疽菌。了解酵母的毒素抗性可能会为保护人类免受毒素开辟新途径。

“我们有兴趣了解基因组变异如何导致个体之间的差异，因此在这项研究中，我们正在研究酵母等简单生物体抵抗毒素的最基本生物学机制，”MeruSadhu博士说。D.，NHGRI遗传病研究分部的研究员，也是该研究的资深作者。“生物体变异的一个重要方式是它们受毒素影响的程度。”

通常，毒素用于不同物种之间的冲突。然而，领导这项研究的前NHGRI学士后实习生IlyaAndreev说，这些“杀手”酵母很有趣，而且研究起来很安全，因为这些毒素只会影响其他酵母，不会伤害人类。

Andreev补充说：“自然界中这些物种内冲突的例子很少，我们的工作只是触及了解此类冲突的进化动力学的表面。”

在当前的这项研究中，NHGRI研究人员分析了感染病毒的酵母，这种病毒会导致酵母分泌一种名为K28的致命毒素。该病毒不会对受感染的酵母产生负面影响。相反，受感染的酵母也能抵抗毒素的影响。

这些受感染的酵母会分泌K28毒素，以消灭附近生长的未受感染的酵母。这为受感染的酵母提供了资源竞争中的进化优势。然而，尽管存在毒素，一些未感染的酵母仍能生长。

为了找出这些未感染的酵母如何抵抗毒素，研究人员将不同的未感染酵母暴露于K28毒素。那些未受毒素影响的人被归类为高度耐药，而受影响的人被归类为敏感。然后，研究人员比较了抗性和敏感酵母的基因组，以确定哪些基因导致某些酵母产生抗性。

通过这项调查，研究人员确定KTD1基因提供了对K28毒素的抗性。“这个基因以前从未被研究过，”Sadhu说。“识别这个基因是充分了解分子水平上正在发生的事情的第一步。”

然后，研究人员将一种发光蛋白附加到KTD1蛋白上，以追踪其在酵母细胞中的位置。他们发现KTD1蛋白存在于称为液泡的细胞区室表面。液泡在细胞中有多种用途，包括隔离和分解毒素等有害物质。

为了产生毒性作用，K28毒素必须在细胞周围自由移动。研究人员假设KTD1蛋白可能参与捕获液泡中的毒素。

KTD1蛋白的一个区域刺入液泡的中心，在那里它可以与捕获的毒素相互作用。通过分析蛋白质序列，研究人员发现KTD1蛋白质的这个区域正处于强大的进化压力之下。

这些强大的进化压力指出了该区域对KTD1蛋白功能的重要性，并突出了毒素与酵母之间的竞争。然而，需要更多的研究来了解KTD1蛋白的这个区域如何控制K28以及K28如何响应进化。