研究人员发现参与酵母之间毒性竞争的新基因

美国国立卫生研究院的研究人员已经确定了一种基因，使酵母对致命毒素具有抗性，根据发表在《美国国家科学院院刊》上的一项新研究。为了研究毒素抗性的演变，美国国立卫生研究院下属的国家人类基因组研究所(NHGRI)的研究人员使用酵母 - 通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逃避致命毒素影响的非凡能力，但直到现在，原因仍然是一个谜。

“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校内研究计划的科学主任Charles Rotimi博士说。“虽然这是一个酵母的故事，但这些机制肯定会影响毒素的研究及其对人类的影响。

纵观人类历史，人们一直在与蜘蛛、植物、蛇甚至霍乱或炭疽细菌等其他生物产生的各种毒素作斗争。了解酵母中的毒素抗性可能会为防止人类毒素提供新的途径。

“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，我们正在研究对简单生物体(如酵母)毒素抵抗力的最基本生物学机制，”NHGRI遗传疾病研究处的研究员，该研究的资深作者Meru Sadhu博士说。“生物体变化的一个重要方式是它们受毒素的影响程度。

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

“自然界中很少有这些物种内冲突的例子，我们的工作只是触及了理解这种冲突的进化动态的表面，”安德烈耶夫补充道。

在目前的这项研究中，NHGRI研究人员分析了感染了一种病毒的酵母，这种病毒导致酵母分泌一种叫做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，受感染的酵母也对毒素的影响具有抗性。

这些受感染的酵母分泌K28毒素，以消灭附近生长的未感染酵母。这为受感染的酵母在资源竞争中提供了进化优势。然而，尽管存在毒素，但一些未感染的酵母仍会生长。

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毒素中。那些未受毒素影响的人被归类为高度耐药，受影响的人被归类为敏感。然后，研究人员比较了耐药酵母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药性。

通过这项调查，研究人员确定KTD1基因对K28毒素具有抗性。“这个基因以前从未被研究过，”萨杜说。“鉴定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，研究人员将发光的蛋白质附着在KTD1蛋白上，以跟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。液泡在细胞中有许多用途，包括分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蛋白的一个区域戳入液泡的中心，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蛋白的这个区域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，并突出了毒素和酵母之间的竞争。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如何进化作为响应。

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