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人類免疫系統擁有令人驚奇的複雜性與精妙性。以色列達納-法伯癌症研究所的科學家們發現，人類免疫系統包含一個十億歲的古老蛋白家族，這些蛋白在細菌中也被用於抵禦病毒。
我們的免疫系統是地球上最先進的疾病防禦屏障，而越來越多的證據表明它的組成部分早在古代生命形式中就已經存在了。發表在《科學》（Science）雜誌上的研究結果正是支援這一點最新的證據。研究表明，免疫系統吸納了已經存在的基本結構並在多年的進化後用新穎的方式來使用它們，進而滿足像人類一樣複雜的生物的需求。
丹娜-法伯研究所的Philip Kranzusch博士是研究的資深作者，他說：“世界各地的研究人員已經進行了大量的研究來了解人類免疫系統是如何工作的。人類免疫的關鍵部分也存在於細菌之中的發現為這一領域的研究提供了新的藍圖。”
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研究的中心是名為焦孔素（gasdermins）的蛋白質。當一個細胞被感染或癌變時，焦孔素會在細胞膜上形成孔洞，導致細胞死亡。被稱為炎性細胞因子的物質會從洞中漏出，發出訊號示意感染或癌症的存在，並激活免疫系統保護身體。
這一過程被稱為“焦亡”，是免疫系統殺死不健全或受感染細胞的方式之一。它補充了更廣為人知的“凋亡”過程，在這個過程中，殘缺或被感染的細胞在受損後會自我毀滅。這項新研究的共同第一作者、達納-法伯研究所的Alex Johnson博士說：“焦亡是先天免疫系統（人體抵禦病原體的第一道防線）應對潛在威脅的最快方式之一。”
人類基因組擁有六種焦孔素蛋白的編碼，這些蛋白在不同型別的細胞中表達水平也不盡相同。在目前的研究中，Johnson和他的同事們研究了這些蛋白質的祖先是否存在於細菌中。
他們有充分的理由認為答案是肯定的。2019年，Kranzusch和他的同事們發現，一種叫做cGAS-STING的人類免疫訊號通路起源於細菌，它可以感知與癌症和感染有關的異常。Kranzusch指出：“這一發現和其他發現促使我們去尋找人類和細菌細胞中免疫相關蛋白之間的其他聯絡。”
由於被稱為“抗噬菌體防禦島（antiphage defense islands）”的細菌DNA片段包含防止細菌被噬菌體病毒感染的基因簇，共同第一作者Tanita Wein博士、聯合資深作者Rotem Sorek博士以及他們在以色列魏茨曼科學研究所的同事們對其進行了分析。他們鑑定了50個細菌基因，這些基因預計會產生結構與哺乳動物體內的焦孔素相似的蛋白質。
X射線衍射儀 （圖片來源：維基百科）
Johnson談到：“我用X射線衍射晶體分析法確定了這些蛋白質的一系列結構，這在原子水平上證實了它們與哺乳動物焦孔素蛋白有著結構相似性。”含有這些蛋白質的細菌分佈廣泛，它們生活在土壤中、樹葉上和其他自然棲息地中。（Johnson的研究中研究最多的那種細菌最初便是在威斯康星州的一株玉米植株上發現的。）
Johnson的結構研究表明，雖然人類和細菌的焦孔素在結構上相似，但細菌的焦孔素大小往往是人類焦孔素的一半左右，然而卻能構造出比人類更大的膜孔。所有的這些焦孔素蛋白都是透過類似的機制啟用的，但焦孔素在人類細胞中引發的一系列反應要廣泛得多。在細菌細胞中，病毒感染可能會觸發膜穿孔引起的細胞死亡，從而阻止病毒的蔓延。在人類細胞中，受感染細胞的死亡會引發一系列反應，使免疫系統的其他成分也開始應對感染。
Kranzusch說：“這是一種非常原始的防禦形式，在人類身上，它已經重新適應並隨調節系統擴充套件，使我們的身體能夠對感染或癌症做出應答。”
在人類免疫系統驚人的複雜性中發現了原始免疫形式的痕跡有助於研究人員更好地理解該系統是如何形成的。Kranzusch評價道：“看到一臺機器的最簡單版本可以讓你對整臺機器有一個新的瞭解，同樣的原理也適用於免疫系統的研究。”
這項研究的共同作者有：達納-法伯研究所的Brianna Duncan-Lowey博士、哈佛大學低溫電子顯微鏡中心的Megan Mayer碩士、魏茨曼研究所的Erez Yimiya、Yaara Oppenheimer Shaanan博士和Gil Amitai博士。
翻譯：杜佳宇
審校：先雨
引進來源：丹娜-法伯癌症研究所（Dana-Farber Cancer Institute）
本文來自：中國數字科技館
