發(fā)表在《自然衰老》雜志上的一項新研究從可再生能源領(lǐng)域借鑒了一頁，表明基因工程線粒體可以將光能轉(zhuǎn)化為細(xì)胞可以利用的化學(xué)能，最終延長了秀麗線蟲的壽命。

雖然在人體中使用陽光充電細(xì)胞更像是科幻小說，而不是科學(xué)，但這些發(fā)現(xiàn)揭示了衰老過程中的重要機(jī)制。

“我們知道線粒體功能障礙是衰老的結(jié)果，這項研究發(fā)現(xiàn)，簡單地利用光能線粒體促進(jìn)新陳代謝，就能讓實驗室線蟲活得更久、更健康。這些發(fā)現(xiàn)和新的研究工具將使我們能夠進(jìn)一步研究線粒體，并確定治療與年齡有關(guān)的疾病和更健康衰老的新方法?！?/p>

線粒體是存在于人體大多數(shù)細(xì)胞中的細(xì)胞器。線粒體通常被稱為細(xì)胞發(fā)電廠，它利用葡萄糖產(chǎn)生三磷酸腺苷(ATP)，這種化合物為細(xì)胞的關(guān)鍵功能提供能量，比如肌肉收縮和幫助神經(jīng)細(xì)胞相互交流的電脈沖。

三磷酸腺苷的產(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)域的膜上交換而實現(xiàn)的，最終形成一個稱為膜電位的過程。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。

這項新的研究涉及秀麗隱桿線蟲，這是一種顯微鏡下的生物，和果蠅一樣，長期以來一直是科學(xué)家用來了解基本生物學(xué)原理的研究工具，在許多情況下，這些原理適用于整個動物界。

為了進(jìn)行實驗，來自美國和德國的一組研究人員采用了一種現(xiàn)有的研究工具，使他們能夠操縱線粒體的活動。這項技術(shù)被稱為光遺傳學(xué)，傳統(tǒng)上被用于瞄準(zhǔn)和激活特定的神經(jīng)元，從而使研究人員能夠更精確地研究大腦活動的模式。

研究人員通過基因工程改造了秀麗線蟲的線粒體，使其包含一個從真菌中獲得的光激活質(zhì)子泵，該團(tuán)隊在2020年發(fā)表在《EMBO Reports》雜志上的一篇論文中首次描述了這一成就。在這項新研究中，當(dāng)暴露在光線下時，質(zhì)子泵會讓帶電離子穿過細(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mtON，增加了膜電位和ATP的產(chǎn)生，并導(dǎo)致線蟲的壽命增加了30- 40%。

Brandon Berry博士是這兩項研究的第一作者，他說，“線粒體類似于工業(yè)發(fā)電廠，它們?nèi)紵荚矗饕瞧咸烟?，為?xì)胞產(chǎn)生有用的能量，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。”

這項研究很重要，因為它為研究人員提供了更多關(guān)于線粒體在人體中發(fā)揮的復(fù)雜生物學(xué)作用的見解，這是科學(xué)界現(xiàn)在才開始理解的話題。這項研究還創(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。這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。

Berry說:“我們需要更多地了解線粒體在動物體內(nèi)的真實表現(xiàn)。​首先在線蟲中，就像目前的研究一樣，然后在培養(yǎng)的人類細(xì)胞和嚙齒動物中。這樣，未來的研究將充分了解人類疾病和衰老最可能的參與者。”

文章標(biāo)題

Optogenetic rejuvenation of mitochondrial membrane potential extends C. elegans lifespan