海洋无脊椎动物揭示人类血液免疫系统的进化

据斯坦福大学的科学家称，肉毒杆菌是一种生活在水下群体中的海洋无脊椎动物。它类似于一根模糊的针，附着在岩石上，有着与人类惊人相似的血液形成系统。

在12月5日在线发表的一项研究中，自然，研究人员报告说，这些不起眼的海洋生物可以提供一种方法来了解我们自己的造血系统，提高人类的免疫功能，并为生物发现找到新的免疫相关工具。

前博士后学者便雅悯罗森塔尔博士说：“哺乳动物和博特里勒斯的血液形成系统也共享数百个同源基因，尽管这两个物种相隔了5亿多年的进化。

罗森塔尔和研究生马克科瓦尔斯基是这项研究的主要作者。资深作者是欧文魏斯曼(Irving Weissman)，医学博士，弗吉尼亚和DK Ludwig癌症研究临床创新教授，病理学和发育生物学教授。斯蒂芬奎克博士，工程学院生物工程和应用物理学教授李奥特森教授；和高级研究科学家Ayelet Voskoboynik博士。

研究人员已经分离出肉毒杆菌干细胞作为其血液和免疫系统的基础，以及它们在成为成人血液和免疫细胞的过程中产生的祖细胞。魏斯曼说：“在所有无脊椎动物中，Botryllus的血液干细胞和祖细胞与脊椎动物的血细胞最为相似，因此有可能(如果不可能的话)它们是脊椎动物和无脊椎动物之间的‘缺失环节’。他还指导了斯坦福大学干细胞生物学和再生医学研究所以及斯坦福大学路德维希癌症中心。

奇怪的特征

僵尸是一种有许多奇怪特征的生物。这是自由游泳脊椎动物“蝌蚪”生活的一部分——这种动物没有椎骨，但有一根脊索。然后它附着在一块岩石上，经历了蜕变，失去了脊索、尾巴、身体肌肉和两个大脑中的一个，然后定居下来，与潮下表面的其他僵尸生物一起生活在这个群体中。

显微镜下，肉毒杆菌菌落看起来像一束花，尽管事实上每个“花瓣”都是一个独立的有机体，有自己的心脏、鳃、消化系统、大脑和血细胞。菌落中的单个肉毒杆菌共享共同的血液供应，甚至交换细胞。这种血液共享使得精子和卵子的干细胞以及身体组织的干细胞能够在整个不断增长的人群中共享。

研究人员已经表明，肉毒杆菌和哺乳动物的血液系统有密切的相似之处。他们发现Botryllus有一个特殊的细胞培养箱，叫做小生境，可以容纳和支持血液干细胞，很像哺乳动物骨髓中血液干细胞的小生境。他们还发现，肉毒杆菌血液干细胞会像哺乳动物一样，找到自己从血管到小生境的途径。他们在Botryllus中发现了327个参与血细胞形成的基因，这些基因与那些参与哺乳动物血液形成的基因相似。

此前，魏斯曼实验室的研究人员表明，一种名为BHF的基因的单一变体可以调节单个肉毒杆菌有机体是否会从自己的身体发出血管并与邻近的个体融合，或者经历免疫排斥，从而阻止血细胞交换。这项新的研究确定了BHF如何调节生物体是否在菌落中融合在一起：如果该基因产生的蛋白质被其他菌落认为是相容的，它可以阻止类似于人类免疫系统的排斥过程的激活。自然杀伤细胞攻击非“自我”的组织。

好模特。

研究人员表示，这两个系统之间有如此强的相似性，这为研究人员研究哺乳动物的许多生物现象提供了一个极好的模型。“哺乳动物的血液干细胞很难找到。一旦发现，就很难追踪血液干细胞生态位的出现，”Voskoboynik说。“Botryllus是一种半透明的生物，因此我们可以很容易地找到生态位，并直观地跟踪每个细胞从身体的一个部位向另一个部位的迁移。”

当一个人对另一个人进行免疫攻击，或者两个人融合血管时，也很容易观察到单个生物体中的细胞是如何相互作用的。根据Voskoboynik的说法，这可以帮助科学家更好地理解生物体为什么接受或拒绝外来细胞，这些知识可以为器官移植的接受和拒绝提供见解。

Voskoboynik说：“凭借其原始但有效的免疫系统，Botryllus还可以让我们深入了解如何增强我们对病原体和癌症的免疫反应。“但除了这项研究可能带来的任何实际好处之外，我们很高兴在探索脊椎动物、它们的血液形成和免疫系统进化的道路上探索这一重要指南。这不是好奇心驱动的科学吗？我该怎么办？”