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生命的'摆烂智慧',古菌不按套路解读遗传密码,反而活得更久?

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全球观察者深度出品

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咱们高中生物都学过,生命的密码本里有套"黄金法则",DNA转录成RNA后,RNA上的每个密码子都对应一个氨基酸,就像快递单上的地址对应收件人。

比如AUG对应甲硫氨酸,UAG、UAA、UGA这仨是终止密码子,相当于"货到此处停止配送"。

以前科学界都觉得这事儿得跟瑞士手表似的精确,但凡密码子解读错了,不是蛋白质畸形就是细胞生病。



但最近加州大学伯克利分校的纳亚克研究团队,在一种叫乙酸甲烷八叠球菌的古菌身上,发现了让教科书都得改的事儿。

这种生活在缺氧环境里的微生物,体内有个基因特别"叛逆"它的RNA上明明带着UAG终止密码子,有时候翻译到这儿就停了,出来个短半截的蛋白质,有时候却跟没看见似的,接着往下合成,出来个全长蛋白质。



就像同一个句子,有人读到逗号停了,有人非要读到句号,关键是版本还都有用。

纳亚克教授在接受采访时说了句大实话,"我们以前把生命的遗传调控想得太简单了,总觉得它得追求绝对精确,结果古菌告诉我们,生物系统的复杂性远超想象。



"这话不是没道理,他们在乙酸甲烷八叠球菌里发现,UAG之所以能"身兼两职",全靠一种叫吡咯赖氨酸的氨基酸。

吡咯赖氨酸是第21种天然氨基酸,以前只在少数微生物里见过,没想到在古菌这儿是"关键员工"。



当环境里吡咯赖氨酸充足时,UAG就不当终止信号了,反而把吡咯赖氨酸"打包"塞进蛋白质里,要是吡咯赖氨酸不够,它就立马切换成终止模式,让蛋白质合成到此为止。

最绝的是,这种古菌基因组里有200多个基因都带着UAG密码子,也就是说,这套"双标操作"不是偶然,而是它的生存策略。



以前总觉得"错误"的遗传解读是致命的,比如人类的某些遗传病,就是因为基因里出现了不该有的终止密码子,导致蛋白质没造完就停工。

但古菌把这种"错误"玩成了优势环境好的时候合成全长蛋白干活,环境差的时候合成短蛋白节省能量,等于给自己装了个"节能模式"开关。

这个发现里最有意思的,是古菌调控UAG解读的方式。



研究团队里的凯蒂·沙尔瓦吉安打了个比方,"UAG在古菌里就像个'翻译岔路口',往哪边走不看基因开关,全看吡咯赖氨酸的'脸色'。

"这跟我们熟悉的调控机制完全不一样。

咱们人体细胞要调整蛋白质合成,通常得靠一套复杂的基因开关,就像工厂的中控系统,哪个基因该开哪个该关,得层层审批。



但古菌走的是"极简风"它根本没有专门的调控开关,就靠环境里的代谢物浓度来决定。

比如古菌吃甲胺这种物质时,必须用到一种叫甲胺转移酶的蛋白质,而吡咯赖氨酸是甲胺转移酶的"核心零件"。



当环境里甲胺多的时候,吡咯赖氨酸就会跟着变多,UAG就优先选择插入吡咯赖氨酸,合成完整的甲胺转移酶,要是甲胺少了,吡咯赖氨酸不够用,UAG就喊停,避免浪费材料。

这种调控方式看着"随意",其实效率高得离谱。



古菌不用费劲维持一套复杂的基因网络,就靠代谢物浓度这个"天然指南针",就能让整个蛋白质组根据环境变化灵活调整。

纳亚克团队还发现,这跟咱们以前见过的"终止密码子通读"不是一回事传统的通读是偶然失误,古菌这是主动选择,相当于"我知道该停,但我想多干会儿就多干会儿"。



古菌这套"模糊逻辑"不光颠覆了我们对遗传密码的认知,对人类健康可能也有启发。

就拿囊性纤维化来说,有些患者的病因是基因里出现了错误的终止密码子,导致CFTR蛋白没合成完就停工,细胞功能出问题。



古菌这种"灵活解读"密码子的本事,说不定能给我们指条路能不能想办法让人体细胞也"跳过"错误的终止信号,把没造完的蛋白质继续合成下去?

还有肠道里的古菌,最近研究发现它们跟心血管健康有点关系。

比如产甲烷古菌能分解食物里的某些物质,产生三甲胺N-氧化物(TMAO),这种物质太多了可能增加动脉硬化风险。



要是能搞清楚古菌怎么用"模糊逻辑"调控代谢,说不定能找到调整肠道菌群、降低TMAO的新方法。

当然了,这些都还在初步研究阶段,不能指望立马见效,但至少给科学家打开了一扇新窗户。

古菌这事儿告诉我们,生命进化有时候不是越精确越好。



就像咱们过日子,太较真反而累,偶尔"差不多得了",反而能适应更多变化。

从微生物身上学来的这种"生存智慧",说不定哪天就成了医学突破的钥匙。

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