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最新《科学》颠覆认知：这种没有肠子的动物，竟能合成“植物专属分子”

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2024-09-19 07:41

▎药明康德内容团队编辑

对于几乎所有真核生物来说，固醇类化合物都是一类必不可少的分子，它们在细胞膜功能等众多生物学过程中发挥着关键作用。有趣的是，动物界与植物界的固醇分子似乎有着明确的界线：动物会生产并利用包含27个碳原子的胆固醇（cholesterol）；而由28或29个碳原子组成的植物甾醇（phytosterol）则是植物的专属，只有植物才能制造植物甾醇。

但在最新的一篇《科学》论文中，来自德国马普海洋微生物研究所等机构的研究团队颠覆了这一传统认知。作者发现，一种生活在地中海的海草床中的小型蠕虫（拉丁名为Olavius algarvensis），竟然会生产植物甾醇。研究进一步指出，植物甾醇在动物界可能远比预想的普遍。

对科学家来说，O. algarvensis最明显的特征是它们既没有长嘴，也没有肠道。这些消化与排泄系统极其落后的小动物，只能依赖共生的细菌来获取营养。“我们知道这些蠕虫不吃海草，因为它们没有嘴或肠道。”论文第一作者Dolma Michellod表示。

▲显微镜下的O. algarvensis（图片来源：Rebekka Jahnke / Max Planck Institute for Marine Microbiology）

因此，当研究团队发现它们体内的植物甾醇含量远高于胆固醇时，他们最初的猜想是，植物甾醇是由共生的细菌制造的。但接下来的实验结果却令作者大跌眼镜。“我们排除了蠕虫通过皮肤摄取植物甾醇的可能性。直到那时我们才意识到，一定是这些蠕虫自己生产了植物甾醇。”这项研究的领导者Manuel Liebeke教授补充道。

研究团队综合应用DNA及RNA测序、蛋白质和代谢产物分析多种手段，证实了是蠕虫生产了植物甾醇，其中的主要类型是谷甾醇（sitosterol）。这些谷甾醇由24个碳原子的甾醇甲基转移酶（SMT）合成。在植物界，这种酶对于植物甾醇的合成至关重要；但在动物界却极为罕见。而这项最新研究首次表明，后生动物可以合成植物甾醇。

更加令研究团队感到意外的是，通过前体合成谷甾醇所需的基因，在动物界广泛存在。“我们发现了一个被认为在动物演化过程中早已丢失的基因。” Liebeke教授说。这意味着动物具有强大的选择性优势。研究人员还猜测，植物甾醇可能会让动物的细胞膜更具渗透性。

▲研究人员在地中海的海草床中收集蠕虫（图片来源：HYDRA Marine Sciences GmbH）

研究发现，SMT至少在包括刺胞动物、海绵动物、轮形动物、环节动物和软体动物的5个动物门中存在，说明在动物界中，以往认为只存在于植物中的甾醇远比想象中普遍。

此前，对动物的固醇研究主要集中在胆固醇上，近年来不少研究开始关注植物甾醇对人体心血管健康的有益作用。不过，植物甾醇提供健康收益的方式还远未被理解清楚。最新研究告诉我们，这种不起眼的海洋蠕虫可以成为一种重要的模式生物，帮助科学家理解植物甾醇对动物健康的作用。

参考资料：

[1] Dolma Michellod et al, De novo phytosterol synthesis in animals. Science (2023). DOI: 10.1126/science.add7830

[2] Gutless marine worms on a Mediterranean diet: Animals can synthesize phytosterols. Retrieved May 4, 2023 from https://www.eurekalert.org/news-releases/987828