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蠕虫诞生即知"天命" 线立体能量可精确预测年龄

http://www.kexue.com 2014-03-10 13:27:24 凤凰科技  发表评论


秀丽隐杆线虫蛔虫

  2月12日《自然新闻》上发表的一片名为《生命早期可预测寿命》的文章引起了全世界各地媒体的注意。这项研究将蛔虫作为实验对象,探索了衰老的线粒体理论。结果表明现科学家们手里有了神奇的水晶球——蛔虫细胞里产生能量的线粒体活动精确的预测了蛔虫将活多久。

  白金汉大学的博士研究生艾薇-罗伊(Avi Roy)提出了他对这项有趣发现的思考,罗伊主要研究衰老、线粒体和再生医学。生物的复杂性是令人惊讶的。这就是为什么生物学家非常感谢类似秀丽隐杆线虫蛔虫的生物体能被用于将生物过程分解成更简单的单元。

  秀丽隐杆线虫尤其是生物学家的最爱。它从单一受精卵细胞发展成成年个体的959个细胞的方式是一模一样的。它的身体是透明的,使得科学家们能够描绘它的生长并细节研究内部的变化。

  在2月12日发表在期刊《自然》上的文章里,北京生命科学研究所的沈恩志和同事利用秀丽隐杆线虫进行了一项有趣的发现。基于每个细胞的能量室——线粒体内发生的过程,他们声称能够预测这个生物体的寿命。

  在自然界,电子是成对出现在环绕原子核的轨道上,当原子有一个未匹配的电子环绕原子核时,就产生了一个自由基。在线粒体内,这样的自由基的形成被称为活性氧物种(ROS)。

  线粒体在正常的代谢过程中会产生很多类型的活性氧,包括过氧化物、过氧化氢和氧化氮。这些由未被匹配的电子驱动的自由基会寻找细胞里的其他分子,从后者偷一个电子从而破坏这个分子。因此自由基会破坏DNA并阻止细胞内蛋白质和脂质层的功能。这个活性氧物种从功能分子里偷取电子的过程以及导致的结果被称为氧化应激。

  沈认为如果他们能够测量蛔虫里氧化应激的量,他们或可以预测这些生物的寿命。沈之前发现细胞里的线粒体会产生短暂的自由基喷发,这是可以计数的。当沈研究添加了蛋白质的秀丽隐杆线虫因氧化应激而在夜里发光时,她通过测量蛋白质因监测到线粒体产生自由基而释放出名为mitoflash的闪光,从而检测了氧化应激的程度。

  通过利用mitoflash的方法,科学家们可以观测单个蠕虫的整个21天生命周期。这些蠕虫在生命的第二天或第三天会到达繁殖能力的高峰。在此之后,蠕虫便开始稳定的下降朝衰老发展,大约在第15天,大多数蠕虫都可以被认为是很老了。

  沈发现在蠕虫的整个生命周期里,氧化应激的增加发生在两个阶段。第一次大约是在第三天,也就是蠕虫产卵时,而第二个阶段发生在第15天,也就是它们非常老时。研究人员通过利用其他被基因改造而拥有更长或者更短生命周期的蠕虫来对比这项发现。结果一致显示在生命第三天具有较低mitoflash含量的蠕虫寿命要更长。有趣的是,第九天产生的mitoflash数量并不能预测寿命。因此沈认为蠕虫在生命早期时所具有的氧化应激水平可以确定它们的最终寿命。

  沈的研究进一步改善了之前的蠕虫研究,它暗示了尤其是在生命早期产生的自由基可能是驱动衰老的中枢机制。这项研究也与衰老的自由基理论相吻合,后者假定衰老疾病是因为细胞越来越无法修复氧化应激造成的损害。这项理论预测了具有较长寿命的生物体一定能够产生更多抗氧化剂从而降低氧化应激水平。

  不幸的是,这在真实生活里并未发生。虽然产生的抗氧化剂比老鼠、仓鼠和兔子产生的要更少,但人类的寿命仍然更长。涉及抗氧化剂的膳食补充剂的研究还显示抗氧化剂水平和寿命之间的逆向关系。早期生命里氧化应激水平可能预测寿命的理论适用于某些蠕虫,但它肯定不适用于人类。

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