古代微生物与人类免疫蛋白的进化有关

当你感染病毒时，你的身体首先会部署一些武器来对抗病毒，而这些武器正是数十亿年前微生物祖先传给我们的。根据德克萨斯大学奥斯汀分校的最新研究，我们先天免疫系统的两个关键元素来自一组名为阿斯加德古菌的微生物。

具体来说，已知在所有复杂生命(从昆虫到植物再到人类)的免疫系统中发挥重要作用的两种蛋白质viperins和argonautes都来自阿斯加德古菌。根据发表在《自然通讯》杂志上的一项新研究，这些防御蛋白的版本也存在于细菌中，但复杂生命形式中的版本与阿斯加德古菌中的版本最为接近。

这项研究支持了这样一种观点：所有复杂的生命，即真核生物，都起源于细菌和阿斯加德古菌之间的共生关系。

“这进一步证明了阿斯加德人是我们的微生物祖先，”综合生物学和海洋科学副教授、资深作者布雷特·贝克说。“这表明真核生物不仅获得了我们以前在阿斯加德人身上看到的所有这些丰富的结构蛋白，现在甚至真核生物的一些防御系统也来自阿斯加德人。”

研究人员首次发现了古菌中存在的大量防御系统，而这些系统此前仅在细菌中发现。

当毒蛇蛋白检测到外来DNA(可能表明存在危险病毒)时，它们会编辑DNA，使细胞无法再复制DNA，从而阻止病毒传播。当阿尔戈蛋白检测到外来DNA时，它们会将其切碎，从而阻止病毒传播。此外，在更复杂的生物体中，阿尔戈蛋白可以阻止病毒制造蛋白质，这一过程称为RNA沉默。

“病毒感染是我们自生命开始以来就面临的进化压力之一，始终拥有某种防御手段至关重要，”荷兰拉德堡德大学助理教授、贝克实验室博士后研究员佩德罗·莱昂(PedroLeão)说道。“当细菌和古细菌发现了有效的工具时，它们就被传承下来，至今仍是我们第一道防线的一部分。”

蛋白质的形状决定了它的功能。研究人员比较了生命树中与免疫有关的蛋白质，发现了许多密切相关的蛋白质。然后，他们使用一种名为ColabFold的AI工具来预测具有相似氨基酸序列的蛋白质是否也具有相似的三维形状(也称为结构)。

这表明，毒蛇蛋白的变异可能在生命之树上保持相同的结构和功能。然后，他们创建了一种家族树，即系统发育树，这些姐妹氨基酸序列和结构显示了进化关系。

最后，研究人员从阿斯加德古生菌基因组中提取了毒蛇蛋白，将其克隆到细菌中(这样细菌就会表达这些蛋白质)，用病毒攻击细菌，并表明阿斯加德毒蛇蛋白确实为经过改造的细菌提供了一些保护。它们比没有免疫蛋白的细菌存活得更好。

“这项研究强调了细胞防御从原核生物和真核生物生命开始就必须发挥的重要作用，”参与该项目的前本科研究员艾米丽·阿吉拉尔-派恩(EmilyAguilar-Pine)说。“它还引发了一些问题，即我们现代对真核免疫的理解如何从揭示其最古老的起源中受益。”

“目前无可否认，阿斯加德古菌对我们今天在真核生物中看到的复杂性做出了很大贡献，”莱昂说。“那么为什么它们不会参与免疫系统的起源呢?我们现在有强有力的证据表明这是真的。”