對一種被德克薩斯大學西南醫學中心研究人員稱為“愚蠢的綠色小浮渣”的有機體進行的國際調查得出了對繁殖基本機制的重要見解。
這些發現可能有助於解釋為什麼物種幾乎永遠不會雜交，並指出一種可能的方法來阻止瘧疾的傳播，這種疾病每年導致約 100 萬人死亡，主要是撒哈拉以南非洲的兒童。
在一項新的研究中，來自 UT Southwestern 的研究人員發現，有性生殖始於兩個基因不同的步驟：首先，兩個生殖細胞必須首先用一種蛋白質相互結合，其次，它們必須融合它們的細胞膜以使用不同的蛋白質形成單個細胞。
UT西南科學家與倫敦帝國理工學院的瘧疾專家合作，發現導致疾病的寄生蟲也使用了這個兩步過程。當他們阻止“男性”和“女性”瘧疾細胞融合時，蚊媒疾病的傳播就停止了。
他們的工作始於一種綽號為Chlamy（發音為“clammy”）的單細胞綠藻，是衣藻的縮寫。這種無害的生物，廣泛存在於土壤和水中，在實驗室條件下易於生長和研究。
“一個愚蠢的綠色小浮渣讓我們找到了一個令人興奮的瘧疾新疫苗目標，”德州大學西南分校細胞生物學教授、該研究的共同資深作者威廉斯內爾博士說。
了解微生物中的受精可能會導致一種新型疫苗，稱為“利他疫苗”，斯內爾博士說。沒有預防瘧疾的疫苗，但在未來，為感染者接種疫苗以防止寄生蟲細胞完成融合步驟可能會阻止疾病傳染給其他人。
雖然這項研究只涉及單細胞生物，但斯內爾博士表示，在兩步受精過程中使用兩種不同的蛋白質可能適用於所有物種。控制卵子和精子能否結合的基因對於每個物種來說都是獨一無二的，而第二步的基因--融合成一個細胞--可能更加普遍。例如，研究人員發現控制細胞是否融合的基因HAP2也存在於玉米和小麥等重要農業作物中。
對於導致瘧疾的寄生蟲，融合是由哺乳動物中未發現的基因控制的，因此阻斷這一步驟可能在不傷害人類的情況下有效阻止疾病的傳播，斯內爾博士說。
UT Southwestern 的研究人員最初對一般的繁殖方法感興趣，這些方法通常在 Chlamy 進行研究。這種單細胞生物可以有性繁殖，不是用卵子和精子，而是用一些細胞大致對應於“雄性”，而另一些細胞則對應於“雌性”。"
在意識到瘧原蟲（包括導致人類瘧疾的一種）也使用“雄性”和“雌性”細胞進行繁殖後，Snell 博士聯繫了倫敦帝國理工學院的瘧疾研究人員，以測試是否可能涉及 HAP2在該生物體的繁殖和瘧疾的傳播中。
英國研究人員發現，阻斷瘧原蟲細胞中的HAP2會阻止融合步驟。當將缺乏 HAP2 的突變瘧原蟲生物體注射到小鼠體內時，叮咬小鼠的蚊子不會感染瘧原蟲，因此無法將感染傳播給其他小鼠。這表明沒有 HAP2，瘧原蟲就無法在蚊子的腸道中繁殖，這是感染循環中的重要一步。
除了在抗擊疾病方面的適用性，最新研究證實了一個關於為什麼不同物種不能雜交的理論，斯內爾博士說。在密切相關的物種中很少有例外，例如馬和驢，它們可以雜交產生騾子，或者可以混合形成獅虎的獅子和老虎，但這種雜交種是不育的。
如果繁殖的第一步，即卵子和精子的結合，由每個物種的一個基因控制，那麼結合步驟將作為一個看門人，以防止不相容的細胞靠近，斯內爾博士說。他說，從進化的角度來看，這個方案是有道理的，因為它只需要控制卵子-精子結合的單個基因發生突變，就可以創造出一個新物種。
“關於物種特異性卵-精子結合和融合以及這兩個步驟是否涉及相同或不同的蛋白質，有很多猜測，但沒有人有分子可以證明這一點，”斯內爾博士說. “我們現在有這些分子表明，一個新物種不必重新發明輪子來控制聚變。”
參與該研究的其他UT西南研究人員是第一作者Yanjie Liu博士和Jue Ning博士，他們都是細胞生物學博士後研究人員；裴繼民博士，生物化學博士後；和生物化學副教授 Nick Grishin 博士。
來自倫敦帝國理工學院、諾丁漢大學、威康信託桑格研究所和加州大學歐文分校的研究人員也參與了這項研究。
這項研究於 2008 年 3 月 25 日在線發表，並將發表在 4 月 14 日的《基因與發展》雜誌上。這項工作得到了美國國立衛生研究院、倫敦醫學研究委員會、威康信託基金、利斯特預防醫學研究所、瑞典研究委員會以及歐盟委員會瘧疾寄生蟲生物學和病理學卓越網絡的支持.
