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用陽光給線粒體“充電”或有助延壽
作者：Andrew Wojtovich 來源：《自然—衰老》  
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在人體中用太陽光給細(xì)胞充電的前景似乎更像是科幻小說，而非科學(xué)。不過，一項(xiàng)生命科學(xué)新研究從可再生能源領(lǐng)域借鑒了一項(xiàng)技術(shù)，表明基因工程線粒體可將光能轉(zhuǎn)化為細(xì)胞可利用的化學(xué)能，最終延長秀麗線蟲的壽命，這些發(fā)現(xiàn)揭示了衰老過程中的重要機(jī)制。相關(guān)研究近日發(fā)表于《自然—衰老》。
“我們知道線粒體功能障礙是衰老的結(jié)果�！毖芯抠Y深作者、美國羅切斯特大學(xué)醫(yī)學(xué)中心藥理學(xué)和生理學(xué)副教授Andrew Wojtovich說，“這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，簡單地利用光驅(qū)動(dòng)的線粒體促進(jìn)新陳代謝，就能讓實(shí)驗(yàn)室蠕蟲活得更久、更健康。這些發(fā)現(xiàn)和新的研究工具將使人們能夠進(jìn)一步研究線粒體，探尋治療與年齡有關(guān)疾病的新方法�！�
線粒體是存在于人體大多數(shù)細(xì)胞中的細(xì)胞器。它們通常被稱為細(xì)胞發(fā)電廠，利用葡萄糖產(chǎn)生三磷酸腺苷（ATP），為細(xì)胞的關(guān)鍵功能提供能量，如肌肉收縮和幫助神經(jīng)細(xì)胞相互交流的電脈沖。
ATP的產(chǎn)生是一系列反應(yīng)的結(jié)果，這些反應(yīng)是通過質(zhì)子在分離線粒體中不同區(qū)域的膜上交換而實(shí)現(xiàn)的，最終形成一個(gè)被稱為膜電位的過程。研究表明，膜電位隨著年齡的增長而下降，可能在一些與年齡相關(guān)的疾病中發(fā)揮作用，如神經(jīng)退行性疾病。
和果蠅一樣，秀麗隱桿線蟲是科學(xué)家用來了解基本生物學(xué)原理的模式生物。來自美國和德國的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)利用光遺傳學(xué)技術(shù)，通過基因工程改造了秀麗線蟲的線粒體，使其包含一個(gè)從真菌中獲得的光激活質(zhì)子泵。當(dāng)暴露在光線下時(shí)，質(zhì)子泵會(huì)讓帶電離子穿過細(xì)胞膜，利用光線的能量給線粒體充電。這一過程被研究人員稱為“打開線粒體”（mtON），它增加了膜電位和ATP的產(chǎn)生，讓蛔蟲的壽命增加了30%~40%。
“線粒體類似于工業(yè)發(fā)電廠，它們?nèi)紵�碳��，主要是葡萄糖，為�?xì)胞產(chǎn)生有用的能量�！毖芯康谝蛔髡�、現(xiàn)為華盛頓大學(xué)博士后的Brandon Berry解釋說，“我們所做的基本上是將太陽能電池板連接到現(xiàn)有的發(fā)電廠基礎(chǔ)設(shè)施上，在這種情況下，太陽能電池板就是光遺傳工具。正常的線粒體機(jī)制能夠利用光能提供ATP，除了正常的燃燒途徑。”
這項(xiàng)研究很重要，它為研究人員提供了更多關(guān)于線粒體在人體中發(fā)揮復(fù)雜生物學(xué)作用的見解，這是科學(xué)界現(xiàn)在才開始了解的新領(lǐng)域。這項(xiàng)研究還創(chuàng)造了一種在活細(xì)胞環(huán)境中操作和研究線粒體的新方法，可以作為研究線粒體和確定干預(yù)和支持功能的方法的重要平臺(tái)。
“我們需要更多地了解線粒體在動(dòng)物體內(nèi)的真實(shí)表現(xiàn)。就像目前的研究一樣，首先在蠕蟲中，然后在培養(yǎng)的人類細(xì)胞和嚙齒動(dòng)物中。這樣，未來的研究將能充分了解人類疾病和衰老最可能的參與者�！盉erry說。（來源：中國科學(xué)報(bào) 馮麗妃）
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s43587-022-00340-7
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