2020年7月25日 星期六

尼安德塔人(Neanderthals)更怕痛

圖片來源:維基百科
曾一度生活在歐洲直到四萬年前的尼安德塔人,雖然不是現代人的直接祖先,卻因為曾與現代人共同生活在地球上、且曾與現代人混血過,而成為研究的熱門標的。

最近的一篇研究發現,尼安德塔人的SCN9A基因上帶有三個突變。這三個突變使得所產生的NaV1.7蛋白對痛的感受度比現代人要靈敏。研究團隊檢視了三個尼安德塔人的SCN9A基因,發現都帶有同樣的突變,顯示可能所有的尼安德塔人都帶有相同版本的基因。

由於尼安德塔人曾與現代人混血,所以研究團隊進一步去看英國的基因體資料庫,這個資料庫裡面有大約五十萬英國人的基因體資料。結果他們沒有找到兩個染色體都帶有尼安德塔人的基因版本的人,但有人具有一個尼安德塔人的基因版本。在這五十萬人裡面,有大約0.4%的人有疼痛的症狀,而帶有一個版本的尼安德塔基因的人,他們有疼痛症狀的機率比沒有尼安德塔基因的人多了7%。

痛可使我們趨吉避凶,過去對SCN9A的研究也發現,完全不能感受疼痛的人,因為不懂得趨避危險,受傷的機率比一般人高,且受傷後也常沒有得到適當的治療。但對疼痛過於敏感,是否也會因為太小心而阻礙了進取?

參考文獻:

Zeberg, H. et al. Curr. Biol. https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.06.045 (2020)

2020年7月9日 星期四

科學家首次成功編輯粒線體(mitochondrion)DNA

粒線體。圖片來源:維基百科。
最近這些年炙手可熱的基因編輯技術CRISPR應該很多人都聽過。CRISPR可讓科學家們刪除或改變基因序列,是非常強大的基因編輯工具,遠勝於過去許多種不同的基因編輯系統。但是CRISPR卻無法編輯粒線體DNA,或者更正確地說,到目前為止,沒有人成功編輯粒線體DNA(也就是粒線體的基因體)過。這就是為何在出現粒線體疾病時,過去使用的方式是所謂的「粒線體移植」:將帶有不正常粒線體基因的受精卵的核,移植到帶有正常粒線體的受精卵的細胞質中,產生所謂的「三親寶寶」。

最近美國哈佛與麻省理工學院的研究團隊,終於開發出可以編輯粒線體基因的工具了。編輯粒線體基因之所以難,難在過去許多基因編輯系統都會切斷雙股DNA,但粒線體的DNA被切開後很容易分解,這是難處之一;難處之二則是如CRISPR系統雖然可以很方便的直接編輯其中一股,但CRISPR需要帶入一段RNA,而這段RNA可能無法通過粒線體的內膜。

那麼這次研究團隊是怎麼解決這些問題呢?他們發現了一種屬於伯克氏菌屬的細菌Burkholderia cenocepacia 的毒性蛋白。這種毒性蛋白會把基因上的胞嘧啶(C,cytosine)直接改成尿嘧啶(U,uracil)。過去這類的蛋白質都只能在單股DNA上作用,但這個新的蛋白質卻可以在雙股DNA上直接進行序列的改變。

但是這個蛋白是毒性蛋白,如果直接轉入細胞,細胞會被它殺死。於是他們先把這種毒性蛋白切成兩半使它失去毒性,接著再把這切成兩半的毒性蛋白接上會辨認TALE DNA的蛋白質(TALE DNA-binding proteins),讓辨認TALE DNA的蛋白質帶領它到指定的序列去,接著這蛋白質就可以把它看到的C改成U了。

因為這個系統需要辨認TALE DNA的蛋白質,所以它在修改DNA的彈性上大大不如CRISPR(這個系統每次要修改一個新的基因,就要找一個新的TALE DNA辨認蛋白來接上去)。但是能修改粒線體DNA,已經是非常大的進步!目前研究團隊觀察到,在送入細胞後,有一半的粒線體基因可以被修改。研究團隊希望在將來,這個技術可以被應用在粒線體疾病的基因療法上。

參考文獻:

Mok BY, de Moraes MH, et al. A bacterial cytidine deaminase toxin enables CRISPR-free mitochondrial base editing. Nature, 2020 DOI: 10.1038/s41586-020-2477-4

2020年7月4日 星期六

科學家首次發現有蛇樣毒腺的蚓螈(Caecilian)

環狀蚓螈。圖片來源:維基百科
蚓螈因為沒有腳,乍一看像蛇又像蚯蚓,但其實牠是兩生類。

最近巴西的研究團隊研究環狀蚓螈(ringed caecilian,Siphonops annulatus)時發現,牠的牙齒上有特殊腺體,如果進一步的研究能確認是毒腺,那麼環狀蚓螈就是目前所知帶有毒腺的最原始脊椎動物。研究團隊認為,這毒腺可能與爬蟲類(如蛇)的毒腺有類似的功能。

環狀蚓螈可能是世界上分布最廣的蚓螈,體長約介於28.6-45公分之間,最早在巴西發現,廣泛分布於安地斯山區。過去很少有人對這種生物感興趣,只知道牠們會產生兩種類型的分泌物-一種主要在有毒的尾巴中發現,而頭部則產生一種黏液,有助於在土壤中爬行。

研究團隊在檢查環狀蚓螈的粘液腺時,偶然發現了一套前所未有的更接近牙齒的腺體。胚胎分析顯示這些口腔腺體是從牙齒組織發育而來的,這與在爬行動物的毒腺中發現的起源相同。對環狀蚓螈的口腔腺分泌物的初步化學分析發現,磷脂酶A2(phospholipase A2,有毒動物毒素中常見的蛋白質)的活性很高,甚至比某些響尾蛇還高。

參考文獻:

Pedro Luiz Mailho-Fontana, Marta Maria Antoniazzi, Cesar Alexandre, Daniel Carvalho Pimenta, Juliana Mozer Sciani, Edmund D. Brodie, Carlos Jared. Morphological Evidence for an Oral Venom System in Caecilian Amphibians. iScience, 2020; 101234 DOI: 10.1016/j.isci.2020.101234