北京
科学家以前所未有的精度绘制了涵盖真核生物生命之树的6种生物的线粒体蛋白质图谱。近日发表于《细胞》《细胞出版社蓝皮书》《分子细胞》和《当代生物学》上的9篇论文，揭示了几十种人体内没有但在寄生虫中普遍存在的蛋白质，其中包括一些导致疟疾或昏睡病的寄生虫。这些发现有望帮助科学家开发出治疗这些疾病的新方法。此外，这项研究也引发了关于线粒体起源的长期争论。
新的蛋白质目录揭示了线粒体的动态图景，超越了人类和酵母的已知范围。图片来源：英国基尔大学
线粒体是真核细胞的“能量工厂”，它拥有自己独特的微小DNA，与细胞核中的DNA并不相同。不过，线粒体DNA与细胞核DNA都会编码构成这一细胞器的蛋白质。美国霍华德·休斯医学研究所的线粒体生物学家Vamsi Mootha表示，目前关于线粒体的信息大多来自对人类和酵母的研究。
Mootha领导了这一“线粒体蛋白质组”目录项目。如今，通过分析多个真核生物分支的线粒体蛋白，该团队发现了更多可能指向尚未研究的分子通路的蛋白质。
Mootha和同事分析了多种寄生虫的蛋白质组，其中包括每年在全球感染约2.8亿人并引发腹泻的贾第鞭毛虫。捷克布拉格查尔斯大学的细胞生物学家Pavel Dolezal表示，贾第鞭毛虫拥有微小的、类似线粒体的细胞器，由于它们生活在其他生物的肠道内且处于无氧环境中，因此很难进行研究。
研究团队在贾第鞭毛虫中共鉴定出59种线粒体蛋白，其中32种为科学家已知的，另有27种是新发现的。Dolezal指出，其中34种蛋白的功能尚不清楚，这意味着存在一些我们尚未了解的全新代谢途径，而它们此前一直被忽略了。
研究人员将5种单细胞寄生虫和1种植物的线粒体蛋白质组与人类和酵母已知的线粒体蛋白质组结合起来，构建出一个包含8619种线粒体蛋白的集合。这些蛋白质被归属于3199个家族，其中约43%的家族尚未被收录在名为Pfam的大型蛋白质数据库中。此外，还有33个蛋白质家族存在于真核病原体中，但在人类中却是缺失的。
Mootha表示，这些蛋白质可以成为精准治疗的理想药物靶点，因为它们能作用于寄生虫蛋白而不是人类蛋白。
研究人员一致认为，线粒体大约在20亿年前出现，当时一种细菌被古菌细胞吞噬，并开始与之形成互利共生的关系，即内共生。这种细菌后来演化为线粒体，并能够向宿主古菌提供能量。但线粒体究竟是在真核生物进化早期还是晚期出现的，目前尚无定论。
为解决这一问题，Mootha和同事将真核生物线粒体蛋白组的谱系映射到系统发育树上，即物种间进化关系的分支图谱。研究团队利用人工智能模型分析了203种真核生物的已知基因组，并预测了它们编码的蛋白质中哪些是线粒体蛋白。他们由此发现了1420个各类数据集均未记录的蛋白家族。
“通过这个更大的数据集合，我们得以进行系统发育分析，试图推断最后一个真核生物共同祖先的线粒体蛋白组可能是什么样子。”Mootha说，这项研究表明，线粒体具有相当复杂的结构和多种代谢能力，包括有氧和无氧代谢。
英国伦敦大学学院的进化生物化学家Nick Lane表示：“这是对此前关于祖先研究的一项宝贵验证。”
Mootha表示，他们的系统发育分析支持线粒体在真核生物进化后期出现的假设，因为在系统发育树上，与细胞其他部分对应的谱系先是延伸出了长长的分支，之后才出现线粒体蛋白质组。
但Lane提醒，系统发育树的长分支除了表明进化周期长外，也可能表明进化过程迅速。
Dolezal认为，人们可能永远无法确切知道线粒体究竟是在何时出现的。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1016/j.cub.2026.07.074
https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.08.029
https://doi.org/10.1016/j.cpblue.2026.100125
https://doi.org/10.1016/j.molcel.2026.08.031
（原标题为《科学家绘制高精度线粒体蛋白质图谱》）
来源：李木子/中国科学报
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