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为探究新代谢功能如何融入宿主细胞生物学，研究人员以裂殖酵母（Schizosaccharomyces japonicus）为对象开展研究。发现其通过水平基因转移获得的鲨烯 - 藿烯环化酶（Shc1）可合成藿烷类物质，与麦角甾醇协同维持膜特性，该成果有助于理解真核生物代谢创新与适应机制。
在神秘的微观世界里，生物的生存策略总是充满了奇妙之处。对于真核生物而言，细胞膜的生理调节至关重要，其中脂质成分的调控更是关键一环。然而，目前仍有诸多谜题待解，比如新的代谢功能究竟是怎样融入宿主细胞生物学的？许多真核生物栖息在缺氧环境中，它们的脂质代谢是如何演化以维持膜完整性的？这些问题吸引着科研人员不断探索。
为了揭开这些谜团，来自英国伦敦国王学院兰德尔细胞与分子生物物理中心、弗朗西斯?克里克研究所 以及匈牙利塞格德生物研究中心的研究人员展开了深入研究。他们将目光聚焦于裂殖酵母（Schizosaccharomyces japonicus），通过一系列实验，取得了令人瞩目的成果。该研究发表在《Nature Communications》上，为我们理解真核生物的代谢适应机制提供了新的视角。
研究人员采用了多种关键技术方法。在分子遗传学方面，运用 PCR 或基于质粒的同源重组技术对基因进行操作，构建相关突变体和表达载体；利用气相色谱 - 质谱（GC - MS）和电喷雾电离质谱（ESI - MS）分析细胞的脂质成分；借助冷冻电镜（cryo - EM）观察膜的微观结构；还通过显微镜成像和相关分析方法研究细胞的生长、形态及膜的特性等。
下面来看具体的研究结果：
- 麦角甾醇和藿烷类共同支持裂殖酵母的生活方式：裂殖酵母基因组含有通过水平转移获得的编码 Shc1 的基因。研究发现，Shc1 对裂殖酵母的厌氧生长至关重要，缺乏 Shc1 的突变体在无氧条件下无法生长。通过药物处理、遗传杂交和脂质分析等实验表明，裂殖酵母在甾醇生物合成缺失时依赖 Shc1 活性，且麦角甾醇和藿烷类在不同生理条件下协作维持膜特性。
- 不对称饱和脂质可利用藿烷类或麦角甾醇支持膜特性：研究人员利用模型膜进行研究，发现不对称饱和脂质与麦角甾醇或二氢羊毛甾醇（diplopterol）结合能形成单相膜，且在促进膜相分离方面具有不同作用。在活细胞中，两者对维持膜秩序的贡献程度相当。
- cryo - EM 成像显示不对称甘油磷脂形成更薄的膜，并在麦角甾醇或二氢羊毛甾醇存在时支持膜相分离：cryo - EM 结果表明，不对称饱和甘油磷脂形成的膜比对称不饱和甘油磷脂更薄，且在含有不对称甘油磷脂的膜中，麦角甾醇和二氢羊毛甾醇都能诱导相分离，这意味着不对称甘油磷脂在体内可能适应不同的三萜类化合物，维持相似的蛋白质和功能。
- 在粟酒裂殖酵母（Schizosaccharomyces pombe）中合成藿烷类可赋予新的生理特征：将 Shc1 引入粟酒裂殖酵母后，改变了其细胞脂质组，提高了细胞在高温下的生长能力，并在无氧条件下（补充不饱和脂肪酸时）促进了细胞生长。这表明获取藿烷类生物合成可能为探索缺氧和温暖环境提供优势，但需要调整甾醇生产途径。
研究结论和讨论部分指出，裂殖酵母通过水平获取细菌基因编码的 Shc1，实现了在严格厌氧条件下的生存，这是其生理创新的根源。Shc1 深度融入裂殖酵母的脂质代谢，其脂质组中丰富的不对称甘油磷脂有助于适应藿烷类的存在。此外，获取藿烷类生物合成不仅减少了对氧气的依赖，还可能拓展单细胞真核生物的环境适应性，包括在高温下生长的能力。
总的来说，该研究揭示了水平基因转移对真核生物代谢和生理的重要影响，为理解生物在不同环境中的适应性演化提供了重要依据，也为后续研究生物膜生理和代谢调控奠定了坚实基础。
