Integrative genome and transcriptome mining identifies a diverse repertoire of cyclooxygenase/prostaglandin- endoperoxide synthase-like candidates in Porifera
通过整合广泛的基因组学和转录组学数据，本研究识别出海绵中多样化的环氧化酶/前列腺素内过氧化物合酶样候选分子，挑战了此前认为其不存在的假设，并表明该酶谱系起源于海绵、刺胞动物和两侧对称动物的最后共同祖先。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是一篇未经同行评审的预印本的AI生成解释。这不是医疗建议。请勿根据此内容做出健康决定。 阅读完整免责声明
数十亿年来，动物一直依赖一种复杂的化学语言来管理炎症、血流和生殖。这套系统的核心是被称为环氧化酶的酶。可以将这些酶想象成专门的分子机器，它们将细胞膜中常见的一种脂肪酸转化为被称为前列腺素的强效信号分子。这些信号告诉身体何时该愈合伤口，何时该对抗感染，或者何时触发生殖周期。长期以来，科学家们一直认为这些机器是相对较新的发明，仅出现在像脊椎动物和某些珊瑚这样复杂的动物身上。其推理逻辑很简单：动物进化树上最早的分支，例如海绵，似乎完全缺乏这些酶的遗传蓝图。如果海绵（它们已经存在了数亿年）并不具备这些酶，那么这些机器一定是在海绵从动物界其他分支分离出来之后才演化出来的。
这一假设现在正受到一项对海绵遗传密码进行全面搜索的研究的挑战。研究人员塞巴斯蒂亚诺·斯基贝利（Sebastiano Scibelli）出于独立研究的目的，决定进行比以往更深入的探索。他没有仅仅依赖于零星的遗传序列，而是收集了海量数据，包括 213 种不同海绵物种的完整遗传蓝图以及显示哪些基因处于活跃状态的数千个 RNA 序列。随后，他利用强大的计算机工具扫描这些数据，寻找定义环氧化酶酶的特定模式。目标是观察这些分子机器的遗传特征是否隐藏在海绵基因组中，或许是以被数百万年的进化演变所伪装的形式存在。
这项搜索过程非常严谨。研究人员不仅寻找单一的匹配项，还建立了一个多层验证系统。他将海绵的遗传序列与来自其他动物的已知酶进行对比，检查了使该酶发挥作用的特定结构部分，并验证了这些基因是否确实被细胞读取。他还观察了基因的物理结构，确保它们具有正确的节段数量，并且 RNA 证据与 DNA 预测相吻中。这种精细的过滤过程将数百万个潜在的匹配项缩减为一组高度可信的候选者。结果发现了 67 个广泛的遗传模型，这些模型被进一步精炼为海绵基因组中的 47 个不同位置。其中，有 15 个候选者脱颖而出，它们拥有所有必要的结构特征，并得到了 RNA 数据的证实，证明是真实且完整的基因，尽管其中一小部分模型依赖于真核生物背景而非直接的同物种 RNA 支持。
这些发现表明，海绵确实拥有环氧化酶的遗传机制，但它们看起来与人类或其他复杂动物中的版本有所不同。研究人员识别出 18 个关键候选者，它们保留了酶发挥功能所需的关键核心组件。然而，这些海绵版本在控制其抓取目标分子的部分表现出了差异。其中一些变化表明，这些酶可能会产生不同类型的信号，或者工作方式与更复杂动物中的对应物略有不同。例如，一些海绵酶在脂肪酸进入的“通道”处发生了变化，这可能会改变最终产物的形状。这意味着，虽然基础工具已经存在，但海绵可能针对其独特的生物学需求对其进行了定制。
研究还显示，这些基因并非罕见的异常现象，而是广泛存在于不同类型的海绵中。研究人员在 22 个不同的物种中发现了这些基因的证据，其中包括三大主要海绵类群的代表。在某些物种中，他甚至发现多个版本的基因在同一个基因组中并排生存，这表明海绵随着时间的推移一直在进行这些基因的复制和多样化。这种多样性表明，这些基因并非偶然出现的现象或来自其他生物的污染，而是海绵生物工具箱中真实的一部分。
或许最重要的一点是，这一发现改变了我们对这些酶在生命史上何时出现的理解。由于海绵是动物家族树中最古老的存活分支，在海绵中发现这些基因意味着，这些机制必然存在于包括海绵、珊瑚和人类在内的所有动物的最后共同祖先中。这使得环氧化酶谱系的起源时间比之前认为的要早数亿年。这表明，制造这些至关重要的化学信号的能力是一种基础特征，被所有动物所继承，而不是后来的发明。
然而，研究人员谨慎地指出，这项研究并未证明什么。虽然遗传证据很强，但这些海绵酶的实际化学活性尚未在实验室中进行测试。该研究确认了这些基因确实存在，且看起来像是环氧化酶，但它并未展示这些酶是否能成功产生前列腺素，或者其功能是否与人类版本完全相同。科学的下一步是将在实验室中测试这些遗传候选者，以观察它们究竟能制造出什么样的化学信号。在此之前，这项发现仍然是对动物进化树的一次强有力的修正，揭示了我们自身的炎症和生殖系统的遗传根源比我们想象的要深厚得多，也古老得多。
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