Science子刊：细胞器是如何进化的

细胞中的细胞器最初往往是独立的细胞，被宿主细胞合并后，在进化过程中失去了独立性。由塞尔多夫海因里希·海涅大学（HHU）教授伊娃·诺瓦克博士领导的一组生物学家正在研究这种同化过程发生的方式和速度。他们现在在科学杂志《科学进展》上描述了他们关于这一过程中间阶段的发现。

　　

细胞中的细胞器最初往往是独立的细胞，被宿主细胞合并后，在进化过程中失去了独立性。由海涅大学（HHU）教授伊娃·诺瓦克博士领导的一组生物学家正在研究这种同化过程发生的方式和速度。

真核细胞——即有核的细胞——含有大量的功能性亚单位，即所谓的细胞器。它们在细胞内执行重要的功能。有些细胞器曾经是独立的单细胞生物。然后它们被一个细胞吸收，并随着时间的推移与宿主细胞共生进化。在这个过程中，这些“内共生体”失去了自主运作的能力。这类细胞器的一个著名的例子是线粒体——“细胞的发电站”——它是从细菌进化而来的。

由微生物细胞生物学研究所的Nowack教授领导的工作组正在研究细胞及其内共生体如何在数百万年的过程中相互适应并在共生中进化。一篇发表在科学杂志《科学进展》上的文章重点研究了锥虫线虫（简称：A. deanei），这是一种单细胞鞭毛虫，属于单胞鞭毛虫亚科。这些生物生活在昆虫的肠道里。

Nowack教授：“所有的单胞菌亚科成员都有一个内共生体。在大约4000万到1.2亿年前的某个时候，现在的单胞菌科的一个共同祖先吸收了一种原细菌，从这种原细菌中进化出了内共生体。”它为宿主细胞提供代谢物和所谓的辅助因子，例如在酶中具有催化功能。“值得注意的是，每个宿主细胞只有一个这样的内共生体，它总是与宿主细胞同步分裂，”Nowack补充说。

2022年，位于德国 塞尔多夫的研究小组在《当代生物学》杂志上报道，宿主细胞产生的几种蛋白质与内共生体相互作用。其中一种称为ETP9的蛋白质在内共生体分裂位点周围形成一个环（见2022年12月7日的新闻稿）。与Nowack教授和她的博士生Anay Maurya合作的研究人员现在发现，曾经是独立细菌的藻单胞菌的内共生体已经失去了几乎所有分裂所需的基因。该基因描述了蛋白质FtsZ，并标记了细菌和大多数细胞器的分裂位点，是为数不多的细菌细胞分裂基因之一。

Manchot研究生院“感染分子IV”的成员，该研究的主要作者Maurya说：“从细胞核控制，ETP9蛋白在内共生体分裂位点积累，这一过程依赖于细胞周期。当我们在实验中停止生产ETP9时，内共生体就不能再分裂了。长而线状的内共生体出现了，其中细菌蛋白FtsZ现在标记了几个分裂位点，但如果没有宿主蛋白ETP9的帮助，它们就不能再分裂。”

因此，A. deanei中的内共生体代表了内共生细菌（在基因上仍然是自主的）和细胞器（几乎完全由宿主细胞控制）之间的中间阶段。内共生体失去了对其自主生存至关重要的基因。宿主细胞核中的基因现在已经取代了它们的功能。

Nowack：“这些基本发现帮助我们理解细胞器是如何从细菌进化而来的。利用这一机制，将来也有可能发展一种合成共生，其中合成的内共生体由细胞核控制。”

微生物细胞生物学研究所的生物学家与HHU的医学微生物学和医院卫生研究所（由Stefanie Scheu教授领导的研究小组）和高级成像中心合作开展了这项研究工作。