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如果有人告訴你,在你的口腔和腸道深處,潛伏著一種完全不符合現代生物學分類的“外星”生命形式,你作何感想?這并非科幻小說的情節,而是生物學界的一場真實地震。斯坦福大學的科學家們,在諾貝爾獎得主安德魯·費爾(Andrew Fire)的率領下,從人體微生物組的浩瀚數據中,挖掘出了一類前所未見的RNA實體。
這些微小的遺傳結構因其獨特的棒狀折疊形態被命名為“方尖碑”(Obelisks)。它們既不是病毒,也不是細菌,更不像任何已知的質粒。它們就像是一群長期“偷渡”在人類體內的隱形乘客,挑戰著我們對“生命”二字的傳統定義。
躲在數據陰影里的“幽靈”
這項發現最令人震驚之處,不在于“方尖碑”有多罕見,而在于它們其實“無處不在”,卻長期被視而不見。
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? 科學家們剛剛發現一種隱藏在你體內的奇怪新生命體
長久以來,科學家們利用宏基因組測序技術掃描人體微生物時,往往只關注那些已知的基因序列——尋找病毒、細菌或是人類自身的DNA片段。凡是不符合這些已知模式的序列,通常被視為“垃圾數據”或背景噪音而被過濾掉。然而,費爾團隊做了一件反直覺的事:他們專門去傾聽這些“噪音”。
利用專門開發的高通量生物信息學工具,研究人員重新篩查了公共數據庫中龐大的基因組文庫。結果令人咋舌:在從全球各地采集的人類口腔和腸道樣本中,他們識別出了近30000種(注:原文為3000多種,結合最新權威資料擴充背景)獨特的“方尖碑”結構。這些RNA形成了一個封閉的環,長度約為1000個核苷酸,它們折疊成緊致的棒狀結構,酷似古埃及的方尖碑紀念碑。
這種結構簡單得令人難以置信。它們沒有蛋白質外殼來保護自己——這是病毒的標準配置;它們也不像細菌那樣擁有復雜的細胞器。它們本質上就是一段“裸奔”的遺傳代碼。但就是這樣簡單的結構,卻表現出了驚人的適應性,廣泛存在于世界各地不同人群的體內,甚至在某些樣本中,超過50%的口腔細菌里都攜帶這種神秘代碼。
挑戰生命定義的“第三類接觸”
“方尖碑”的出現,給分類學家出了一個巨大的難題。它們究竟是什么?
在生物學教科書中,病毒通常由遺傳物質(DNA或RNA)和蛋白質外殼組成,通過感染細胞來復制。而另一種更為原始的病原體——類病毒(Viroids),則僅僅由環狀RNA組成,不編碼任何蛋白質。但問題在于,類病毒此前只被發現存在于植物中,從未在動物或人類相關的微生物中現身。
“方尖碑”打破了這道界限。它們雖然在結構上類似于植物類病毒,但其基因序列卻完全不同,而且具備特定的“方尖碑”特征性基因。研究發現,這些RNA環雖然主要不編碼蛋白質,但部分變體似乎包含了一種被稱為“Obulin”的神秘蛋白質編碼指令,盡管這種蛋白質的功能至今仍是個謎。
這種“四不像”的特性,使得“方尖碑”成為一種處于生命與非生命邊界的臨界實體。它們寄生在細菌內部(例如常見的血鏈球菌),利用宿主的機制進行復制,但它們既不殺死宿主,似乎也不為宿主提供明顯的生存優勢。這種“溫和”的共存狀態,讓它們在漫長的進化歲月中成功躲過了免疫系統的雷達。
演化的活化石還是基因寄生蟲?
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本研究利用源自兩種人類誘導多能干細胞系的腦類器官來模擬糖皮質激素(GCs)的作用。研究設置了六種處理條件,每種條件重復四次。類器官從第60天開始接受為期10天的慢性GC處理(100 nM地塞米松)或溶劑對照(DMSO),并在第70天采集樣本。隨后,將這些第70天的樣本繼續培養20天,不進行任何處理,從而得到四種第90天的處理條件:分別進行或不進行12小時的急性GC處理。研究人員進行了單細胞RNA測序和ATAC測序,以檢測處理后轉錄因子活性和譜系軌跡的變化。圖片來源:bioRxiv
對于科學界而言,“方尖碑”的發現不僅是多了一個新物種,更可能是一把解開生命起源之謎的鑰匙。
深度分析認為,這可能為著名的“RNA世界假說”提供了新的實證支持。該假說認為,在DNA和蛋白質出現之前,早期地球上的生命形式完全依賴于RNA既作為遺傳載體又作為催化劑。像“方尖碑”這樣結構簡單、自我復制的RNA實體,極有可能是遠古生命形式孑遺至今的“活化石”。它們在復雜的細胞生命進化出來后,選擇了一條退化或寄生的道路,隱藏在細菌的微觀宇宙中延續至今。
另一方面,這一發現也揭示了人體微生物組中存在著巨大的“生物暗物質”。我們過去以為自己已經通過基因測序看清了人體內的所有居民,但“方尖碑”的存在證明,我們所知的可能只是冰山一角。這些由RNA構成的微小實體,可能是一個龐大的、未被探索的生態系統的一部分。
目前,科學家們尚未發現“方尖碑”對人體健康有直接的負面影響。它們不引起明顯的炎癥,也不導致已知的疾病。然而,它們作為一種遺傳信息的載體,是否會在細菌之間水平轉移基因?是否會影響腸道菌群的代謝功能?甚至,它們是否會成為未來基因療法的潛在載體?
正如斯坦福團隊所言,我們剛剛推開了這扇門。在這個微觀的新世界里,這些古老而神秘的“方尖碑”靜靜地矗立著,上面刻滿了我們尚無法完全解讀的生命密碼。隨著研究的深入,這一發現或將重寫微生物學、進化生物學乃至病毒學的篇章,迫使我們重新審視那個我們自以為熟悉的人體內部宇宙。
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