科学家实现了数百个酵母必须基因的人源化

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科学家实现了数百个酵母必须基因的人源化* o# D# @" O. ?; m- i
来源：科学网 / 作者：孙学军 / 2015-05-24, F$ A2 z! V7 Q& h; V% T, y
原文标题：《science》：400多人类基因在酵母细胞同时表达成功9 v" S: `" X0 K7 w2 r
从生物种族关系看，酵母和人类相差十万八千里，学术的描述是相差10亿年，用比较日常的语言说就是，在人类出现前的10亿年，酵母就已经在地球上开始生活了。根据我们有限知识的理解，人类几乎是地球上最复杂的生物，人类的基因是决定人类复杂性的重要基础，我们人类早就掌握了分子生物学技术，能将人类的基因放在细菌和真菌细胞内表达，也可以转到老鼠细胞内表达，不过这些研究都是为大量获得某种基因产物，就是蛋白质分子，作为药物和分子工具用，这样的工作也正是上世纪分子生物学革命最核心的工作内容。+ v* F5 H7 Z8 @
  
# J" ^8 p( }0 B; m! M6 p3 v人类基因能在低等的细菌酵母细胞内表达，因为基因编码的基本材料是一样的，基因表达的模式也是类似的，这在理论上是可行的。那么如果将许多基因同时转到酵母细胞内，是否能同时表达出有功能的蛋白，这种同时表达多种蛋白的潜力有多大？( x7 J6 I9 N: }0 |
这种问题的答案似乎应该比较少，但是最近有研究发现，答案出乎意料，酵母能同时表达400多个人类基因，而且表达的蛋白有一半仍然具有功能，酵母还能继续活着，这从技术上为将来研究多基因相互作用提供了技术可能，但这一结果也让科学家觉得不可思议。这一研究结果让我们惊叹生命的可塑性之大，惊叹生命的神奇的同时，也要警惕改造生命的危险。- }* J2 q, K/ Q: Q! @; U+ L! e
酵母最常用的作用是制作啤酒和面包，科学家多年前就知道，人类和低等生物酵母的分子组成有类似性，1/3的酵母基因可在人类基因组中找到对应的基因。人类和酵母对应的蛋白大约有32%氨基酸序列是重叠的。$ z( x) R/ Q% R2 O) V
德克萨斯大学系统生物学家Edward Marcotte的兴趣就是共享基因。酵母是单细胞生物，没有血液，但是酵母也携带脊椎动物新血管生长的基因。这些基因在酵母的功能是负责应激反应。科学家一直无法确定，酵母和人类基因的功能类似性和差异性程度有多大。
" ^4 T* a; ?% m; YMarcotte等从酵母基因组中挑选出414个基因，如果没有这些基因，酵母无法生存，因为这些基因是控制酵母代谢和处理细胞碎片等重要生理生化功能的。他们用所有这些基因替换成为人类对应基因，也就是说这种酵母基因组中包含414个人类基因，而自己原有的对应基因被关闭或去除。这些科学家推测，如果这些酵母能继续存活，人类的这些基因必然会在这些细胞内表达。7 @  ?, g. W6 a; }
经过检测发现，有176个人类基因是维持酵母存活所必须，这一研究结果非常清楚地说明，大量人类基因能在酵母细胞内表达，并能发挥生理功能，这也从另一个角度说明了进化论的正确性。
7 W# S7 x- c& L( ~Marcotte等对这些基因的细节进行了系统分析，他们的结果发现，基因序列的相似程度并不是人类基因在酵母细胞中表达并发挥功能的决定因素。这一精彩研究发表在2015年5月22日《科学》杂志上。他们发现，能替代的基因往往在功能上有类似性，不能替代的也在功能上有类似性。例如一些控制DNA复制的信号通路基因无法被替代，而几乎所有关于胆固醇代谢途径的基因都可以被替代。
3 z* p3 @( _+ ~ 美国国家生物技术信息中心进化生物学家Eugene Koonin认为，这一研究中只考虑到这些酵母能够存活，并没有考察在恶劣环境条件下的生存能力。不过这一研究对一种观点提供了重要支持，就是不同物种之间对应的基因发挥类似功能。
* W& q/ L8 M( {' d% w/ N. D9 oMarcotte说这个发现提示酵母作为研究工具的巨大潜力，科学家经常用酵母细胞研究单个的人类基因，这一研究说明能进行集团化操作，可以同时对一组基因同时进行研究，这对研究新的药物和分子功能都是十分重要的手段。
5 k% M" w- G% i; ^) ?; o1 l3 y原文出处：http://www.sciencemag.org/content/348/6237/921#rd?sukey=cbbc36a2500a2e6c44df210b08b1326f32e2e6c907453d1053e26d09b4c187ce4653be38e87ce10155f75e3a2adc2324
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Science：人类和酵母居然这么像
+ v: P0 Q+ M# L. `$ A7 N来源：生物360 / 作者：koo / 2015-05-25
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8 ^) Y+ p* P/ F, K7 U6 k5 V% c科学家们发现，虽然人类和酵母已经在不同的道路上进化了十亿年，但我们之前的相似之处仍然非常多。他们将四百多个人类基因分别插入到酵母细胞中，发现大约50%的基因能够行使功能让这种真菌存活下来。这项研究于五月二十一日提前发表在Science杂志的网站上。
, v  Z4 D1 S4 @2 B- M# l8 _: Y“这很神奇，”印第安纳大学的进化生物学家Matthew Hahn评论道。“这意味着，即使经过十亿年的分歧，同样的基因仍旧行使同样的功能。”5 r* }/ |; J6 N  c/ K4 q7 j; N; e* ~
众所周知，人类和酵母存在一定的分子相似性。三分之一的酵母基因可以在人类基因组中找到对应的版本。酵母和人类的对应蛋白，在氨基酸序列上平均重叠32%。, }' x# V# n( T- |  t
人类和酵母的共享基因引起了德克萨斯大学系统生物学家Edward Marcotte的兴趣。酵母是没有血液的单细胞生物，但它们携带着负责脊椎动物新血管生长的基因，这些基因帮助酵母应答压力。“我们想知道酵母和人类基因在功能上的相似程度，”Marcotte说。3 v) w: O, l% y. @% w
他和研究团队系统性分析了，人类基因是否能够在酵母中起作用。研究人员选择了414个决定酵母存活的基因，比如说控制代谢和处理废物的基因。他们将酵母基因关闭或者去除，然后送入相应的人类基因。如果酵母能够在培养皿上生长，就说明人类基因成功行使了酵母基因的功能。
- F* N7 X( `+ c研究人员发现，有176个人类基因可以让酵母存活下来。Marcotte指出，四百多个酵母基因中大约一半能被人类基因代替，这些人类基因在酵母中仍旧能够行使功能，它们是酵母和人类的共同祖先留下的遗产。6 T2 B/ P# f4 R& s# i0 i+ s
那么这些基因具有怎样的特点呢？研究人员评估了一百多种可能的影响，从基因长度到蛋白质丰度。他们发现，人类基因是否能够替代酵母基因，并不取决于DNA序列的相似程度。在一组密切合作的人类基因中，要么大多数都能替代酵母基因，要么大多数都不能替代。举例来说，在促进DNA复制的一个通路中，任何基因都不能替代。但在制造胆固醇的分子通路中，几乎所有基因都能够替代。
# @0 ~; P! F6 H7 ?9 l8 @$ q这项研究只说明配备了人类基因的酵母可以生存，并未展示这些酵母能否与天然酵母竞争，美国国家生物技术信息中心的进化生物学家Eugene Koonin评论道。不过这项研究有力地证明了一个曾经受到质疑的观点：不同生物的对应基因具有类似的功能。
: K4 {1 C8 p6 ]- k# vMarcotte认为人们应当进一步利用酵母进行研究。过去研究者们一般是在酵母细胞中插入单个基因，其实可以引入一组自己感兴趣的基因，这将有助于开发新药物或者研究疾病中出现问题的分子回路。; Q5 @# p5 ]6 @7 x2 m( Z6 |4 W, J6 z
原文检索：Systematic humanization of yeast genes reveals conserved functions and genetic modularity
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