【生物】违背进化论的猜想:癌细胞进化成了寄生虫?

人工智能产业链联盟 2019/09/05 13:27

新知图谱, 【生物】违背进化论的猜想:癌细胞进化成了寄生虫?

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粘孢子虫(图片来源:Ivan Fiala)


最近,一项发表于 Biology Direct 的研究,提出了一个颇具争议的猜想:传染性肿瘤在某些罕见的情况下,可能演化成能寄生于多个宿主的多细胞生物。一种生活于海洋中的奇特寄生生物——粘孢子虫(myxosporeans),可能就是第一个实例。不过,研究人员也指出,这只是一个大胆的假说。这个猜想是否成立,还需更多对不同物种的基因组分析。


撰文 | Christie Wilcox

编译 | 石云雷

审校 | 吴非



奇特的寄生生物


即使在千奇百怪的微型寄生虫中, 粘孢子虫 (myxosporean)也显得格外神秘莫测。从近200年前首次发现至今,人类已经识别出超过2000个粘孢子虫物种。20世纪80年代,科学家发现,一种粘孢子虫能寄生在鱼和水生蠕虫体内,具有转移寄生的能力。这些粘孢子虫的奇特之处在于,大部分寄生生物会被宿主免疫系统的抑制,只能寄生在宿主的组织中;而 粘孢子虫却能在宿主的细胞内寄生。


一些粘孢子虫有着动物界最小的基因组。例如, Kudoa iwatai 只有2250万个碱基,是所有刺胞动物中最少的。同时 粘孢子虫缺乏一些特定的基因,而这些基因是多细胞生物独立生活所必需的。 目前,科学家还不清楚,这种复杂的多细胞生物为什么会丢弃这些看似必不可少的DNA片段,也不了解该现象是如何发生的。


对于粘孢子虫,科学界曾长期存在严重的误解。此前它们被认作是一类原生生物,直到1995年,弗吉尼亚海洋研究所的Mark Siddall提出,粘孢子虫属于动物界的刺胞动物门。此后,这一看法得到了遗传学研究的支持。但与同为刺胞动物门的水母和珊瑚相比,粘孢子虫无论在形态还是生活方式上都有显著的差异,科学家始终无法解释其奇异特性的原因。



Scandal假说


今年年初,俄罗斯科学院的高级研究员Alexander Panchin和同事提出了一个有趣但颇具争议的观点: 粘孢子虫最初并不是一类独立的生物,而只是一种肿瘤细胞。 他们将这个假说命名为“ Scandal ”(speciated by cancer development animals的缩写)。这个观点最开始还只是一个思想实验。当Panchin研究传染性肿瘤时,同事表达了惊讶之情:某些简单的寄生动物,竟能表达一些复杂组织的基因。在进一步的讨论之后,Panchin提出了这个难以置信的观点。


根据Panchin的三步演化理论,最初,粘孢子虫的“前身”是一些具有转移性的特定肿瘤细胞。这样在宿主死后,它们能逃出来,传染新的物种。在这个过程中,它们逐渐独立演化成了多细胞生物。


尽管每一步都是有可能发生的,但这个过程有着看似不可逾越的障碍。


首先,传染性肿瘤细胞出现的机率很低,其中最出名的是几乎导致袋獾灭绝的 袋獾面部肿瘤 (DFTD)。通过撕咬,这种肿瘤能从一只袋獾转移到另外一只。而另一种鲜为人知但更加普遍的传染性肿瘤是 犬类传染性生殖道肿瘤 (CTVT),这种肿瘤能在犬类之间通过性行为传播。根据根据剑桥大学的Elizabeth Murchison等人的研究,CTVT早在8500年前就出现了,他们认为这是自然界最古老、传播最广的肿瘤细胞。


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生活在马达加斯加的袋獾(图片来源:Mathias Appel)


传染性肿瘤并不局限于这些哺乳动物,在软体动物内也曾被发现(例如下图的太平洋蓝贻贝)。因此,没有理由认为普遍对肿瘤不具免疫力的刺胞动物中,一定不可能出现传染性肿瘤。如果Panchin疯狂的观点成立,粘孢子虫很可能是由其他刺胞寄生虫的肿瘤细胞演化而成的。


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图片来源:NOAA


关于假说的第二步,即传染性肿瘤向其他物种的转移,亚利桑那州立大学助理教授Athena Aktipis表示,这并非闻所未闻。他曾在一些病例,例如一位HIV感染者体内发现了来自绦虫的肿瘤细胞。在免疫缺陷的人群中,这种蠕虫来源的肿瘤屡见不鲜,另外还有少数病人体内会出现来自一些奇怪生物的肿瘤。她说:“如果肿瘤在物种间的转移就在我们眼前发生了,也许我们可以考虑,肿瘤或类似细胞在合适的条件下,可能会变成其他物种的寄生生物。”


假说中看上去最难以实现的一步,是 从单细胞演化成拥有多个宿主和寄生阶段的多细胞生物。 粘孢子虫是虽然结构简单,但确实是多细胞动物,这意味着最初的肿瘤细胞需要演化出不同类型的细胞。要知道,最初的真核生物至少经过了25次演化,才形成了现在的多细胞生物。


也有人认为,真核生物中的一些多细胞生物,能退化成单细胞。不过,在动物中还没有发现这种退化(除非如少数人认为的,肿瘤本身就是多细胞退化的产物),更不用说从多细胞退化成单细胞,再重新演化出多细胞生物。



寻找证据


为了收集更多证据,Panchin和同事将各种简单物种(大多数是寄生生物)的基因组与5种粘孢子虫、3种单细胞生物和29种动物的基因组进行了比较。


细胞变成肿瘤细胞时,通常会丢失一些基因,因此他们试图从这里找出粘孢子虫曾是肿瘤细胞的线索。其中,让细胞程序化死亡的细胞凋亡基因,就是一个关键指标。


科学家发现,只有粘孢子虫失去了关键的抑癌基因。随后,他们进一步发现, 粘孢子虫失去了大量与凋亡相关的基因,可能无法触发凋亡途径。 粘孢子虫明显的基因缺陷让他们深信,它是证实Scandal假说的“最佳候选人”。


当然,给这个假说下定论还为时过早。这篇文章还只是一个开端,其中的猜测还需要决定性证据。



面对争议


圣保罗联邦大学粘孢子虫专家Juliana Naldoni并不认可这个观点。她说:“粘孢子虫远比最初想象的复杂,它们演化出了复杂的与宿主交互的机制。”例如,一些粘孢子虫的细胞能组成类似肌肉的结构运动,很难想象这种复杂性是来自肿瘤细胞。


剑桥大学的生物信息专家Adrian Baez-Ortega同意Naldoni的观点。他说:“ 这篇论文能引人思考,但还不具备足够的说服力。 ”同时,他认为细胞凋亡基因的缺失并没有那么关键:在基因组存在大量缺失的条件下,文章可能故意挑出了其中缺乏的细胞凋亡基因。


但Baez-Ortega怀疑的是,传染性肿瘤需要多久才能演化成多细胞生物。肿瘤细胞为了快速变异和逃避宿主的防御,通常基因组十分不稳定。


Baez-Ortega指出,从演化上来看,这是一个非常有害的战略。随着时间的推移,肿瘤细胞的基因组中一个好的部分可能变得无功能甚至异常,这不仅会阻碍细胞存活,也会阻碍多细胞性等复杂性状的发展。他说,“即使传染性肿瘤已经存活了数百万年,仍有可能只是单细胞的寄生生物。”


尽管如此,他认为这个假说值得进一步研究,因为演化的力量太强大。同时,他还希望研究人员在筛选候选物种时,检测从点突变到大规模染色体重排等多种变化,而不仅仅是聚焦于特定的基因缺失。他说:“如果一个肿瘤细胞能演化一个持久的物种,所有这些基因变化将都保存在它的基因组中。”


其实,Panchin和同事也没有完全接受这个假说。他说:“公正地说,这可能不是真的。”只是,到目前为止的研究工作,还不能让他们排除这一可能性。


他补充说:“我们将继续观察粘孢子虫的近亲Malacosporea的基因组,来验证这个假说。”Malacosporea非常复杂,显然不是源自肿瘤细胞。如果它们也缺乏这些凋亡基因,这将意味着这些基因在粘孢子虫中的缺失,不是由癌变过程造成的。


即使最终,这些数据表明粘孢子虫不是肿瘤细胞由演化,Panchin仍希望一些动物学家能研究一些特殊的动物,“Scandal假说”可能就在那里等待着被发现。


原文链接:

https://www.quantamagazine.org/can-new-species-evolve-from-cancers-maybe-heres-how-20190819/



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编辑:Zero

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