耐热变形虫刷新真核生物温度上限

温度对生物体影响巨大，因为它直接关系到酶和生物系统的稳定性与功能。嗜热生物（thermophiles）指能在45°C及以上环境中生存的有机体，它们演化出多种独特适应机制以应对高温。此前研究发现，部分嗜热细菌和古菌可在超过100°C的条件下生长，而基于以往采样，真核生物的生存上限被估计为60°C。

如今，研究人员发现了一种经常生活在63°C环境中的变形虫，打破了最耐热真核生物的纪录。相关研究发表在《Cell》上，科学家将这种单细胞生物命名为Incendiamoeba cascadensis，大致意为“来自喀斯喀特山脉的火变形虫”，它生活在拉森火山国家公园（Lassen Volcanic National Park）的温泉中。这一发现重新定义了真核生物的高温极限。作为一种潜在的真核嗜热生物，I. cascadensis可能为生物技术提供独特的热稳定蛋白和其他分子。

温泉采样与培养

为了更深入地描述耐热真核生物，雪城大学（Syracuse University）微生物生态学家Angela Oliverio及其团队从拉森火山国家公园一处温泉支流的不同位置采集了水、生物膜和沉积物样本。水温在49–64°C之间，但总体接近中性，pH值不低于6。

团队在实验室培养这些样本以研究其中的真核生物群落时，注意到一种变形虫在57°C下生长旺盛，而这一温度此前被认为是这类生物的上限。当研究人员提高温度时，这种后来被命名为I. cascadensis的变形虫仍保持活性，并持续分裂，最高可达63°C。

基因组与形态特征

团队对这种极端微生物进行了测序，利用102个基因构建了系统发育树，发现这种新变形虫与Echinamoeba属处于同一分支，后者是此前已知生长温度最高的变形虫。与I. cascadensis遗传上最相似的物种是Vermamoeba vermiformis，后者可在室温至45°C下生长。研究人员将该物种作为形态学研究的对照。

通过光学显微镜和扫描电子显微镜，Oliverio团队观察到I. cascadensis具有细长的蠕虫状形态，以及带有伪足的紧凑阿米巴形状。这与V. vermiformis的特征相似，但研究人员指出，I. cascadensis附着在表面的时间更短、面积更小，提示其存在分子或生物物理层面的差异。

利用共聚焦显微镜，团队确认I. cascadensis在高达63°C时仍能生长和复制，观察到细胞在复制过程中细胞核（DNA染成蓝色）复制并延伸一种细胞骨架蛋白（粉色）。

生长曲线与基因表达

通过生长曲线研究，Oliverio团队显示I. cascadensis在42–63°C之间生长，其活性和复制峰值出现在57°C。这表明这种新变形虫是一种专性嗜热生物，而不仅仅是耐受较高温度。在64°C时，变形虫开始将自己包裹在囊胞中，但如果回到更适宜的温度，I. cascadensis会恢复生长和活动。它能在高达70°C的条件下做到这一点，超过该温度则无法存活。

接下来，研究人员使用长读长测序，将I. cascadensis的基因与V. vermiformis及其他密切相关的嗜热生物进行比较。总体而言，I. cascadensis有6919个基因是该变形虫所独有的，占其预期基因的50%以上。他们还发现，与耐热相关的通路和蛋白，如钙信号和热休克蛋白，在I. cascadensis中比在其他变形虫中更为富集。

为了研究高温如何调控基因表达，团队分别在48°C和61°C下培养I. cascadensis。在较高温度下，该变形虫上调了涉及伴侣蛋白、泛素系统、DNA修复与维护通路以及膜运输蛋白的基因。同时，研究人员观察到，在较高温度下，参与能量和生物合成的基因被下调。这些发现与此前观察到的耐热策略相似。

最后，研究人员将I. cascadensis中最丰富的蛋白质的生物物理特性与另外13种嗜热生物及其直系同源蛋白进行了比较。他们发现，I. cascadensis的蛋白质表面疏水性氨基酸较少，这可能有助于防止因这些残基固有聚集倾向而导致的聚集。此外，与带负电荷的氨基酸相比，这种变形虫的蛋白质中带正电荷的表面残基更为富集。其他嗜热生物也具有这一特征，提示这可能是趋同进化的一个例子。

“这一发现突破了我们认为可能的界限，这非常令人兴奋，”Oliverio在一份新闻稿中表示。“可能还有更多真核生物能在比我们所知的更高温度下生存。”

来源：The Scientist（英文原文，生物航编译，内容以原文为准）