研究人员发现酵母基因迅速发展为攻击病毒

几千年来，人类一直在使用酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)酵母进行烘焙，酿造和酿酒。爱达荷大学和科罗拉多大学博尔德分校的新研究揭示了酵母物种可以帮助我们物种的另一种方式：通过展示病毒如何与宿主相互作用，以及宿主如何进化来反击。

UI科学学院生物科学助理教授Paul Rowley和科罗拉多大学博尔德分校Bioofrontiers研究所分子，细胞和发育生物学副教授Sara Sawyer发现了酿酒酵母中的一个基因和多个其他酵母属酵母物种似乎迅速进化以识别和摧毁攻击性病毒。

这一发现令人惊讶，因为这种名为XRN1的基因与免疫力无关。研究人员表示，相反，它会构建一种“管家”蛋白质，帮助细胞清除旧分子。

“进化实际上可以塑造这些必需蛋白质并重定向它们以干扰病毒复制，”Rowley说。“有趣的是，认为非免疫蛋白在病毒防御中起着重要作用。展望未来，看到有多少其他必需蛋白质作为抗病毒因子进行兼职，这将是一件非常有趣的事情。”

几乎所有涉及食品和饮料制造的酵母以及许多其他酵母都长期感染病毒。这些病毒将其遗传信息保存在RNA中，RNA也是酵母和所有其他生物中的重要遗传分子。

“病毒通常在它们感染的宿主中非常特异。当一种物种的病毒进化出感染另一种物种的能力时，像寨卡病这样的新疾病就会出现。”Sawyer说。

“我们已经展示了一种寻找宿主基因的方法，这些基因可以保护病毒，使它们很难感染新物种。通过这项研究，现在已经证明该方法可以从酵母到人类，”她说。

XRN1使得该功能类似于蛋白质垃圾处理在酵母细胞，打破了小区的老RNA。但通过遗传改变酵母细胞，科学家已经证明XRN1蛋白也可以分解病毒RNA。

“人们看到，如果你移除XRN1，病毒会在细胞内以非常高的水平复制，”Rowley说。“如果我们以高水平表达XRN1，它将完全敲除病毒。我们可以治愈病毒酵母。”

科学家普遍认为，XRN1蛋白并非特异性地靶向病毒RNA，只是巧合地抓住它，好像它是需要处置的酵母RNA一样。然而，Rowley和Sawyer发表在PLoS Pathogens期刊上的新研究证明，XRN1正在专门用于对抗病毒。

Rowley使用遗传分析工具检测所有已知的酵母菌酵母中的XRN1，发现它正在快速变化，比偶然预期的要快得多。为了测试它是否真的对病毒做出反应，Rowley和Sawyer去除了这个基因并将XRN1换成了其他酵母菌种。

“当我们从不同的物种中放入XRN1时，突然病毒开始迅速增长。就好像我们完全删除了XRN1，”Rowley说。“挑战来自不同物种的XRN1对抗他们从未遇到的病毒，就好像他们对此视而不见。”

另一方面，XRN1的管家功能很好地表明XRN1在每种酵母菌种中的进化方式不同，以针对感染它们的特定病毒，同时仍然保持细胞垃圾处理的重要作用。

Rowley说，除了提供理解宿主 - 病毒相互作用的“遗传军备竞赛”的模型之外，他和Sawyer的研究结果也适用于人类健康。

XRN1是一种进化上古老的基因，存在于从酵母到人类的物种中。它在人体中具有相同的RNA处理功能，并且还可以分解病毒RNA。事实上，一些人类病毒靶向XRN1：脊髓灰质炎使其降解，导致丙型肝炎的病毒阻止它攻击其RNA。

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