瑞士科學家在最新一期《自然·細胞生物學》發表論文稱，他們發現了天然胚胎干細胞保持“全能”的秘密：一種被稱為“Pramel7”的蛋白質能阻止其內遺傳物質甲基化，使其能發育成任何類型的細胞。
天然胚胎干細胞被認為是一種“全能”細胞，可以分化成所有類型的細胞，而成人干細胞和實驗室培養的人工胚胎干細胞都沒有這種“全能性”。之前研究發現，甲基化程度越低，基因組就越開放，細胞分化潛力越大。“多能性”成人干細胞只能調用與自身功能相關的遺傳物質，與其他類型細胞有關的遺傳物質都被甲基化，基因表達被抑制，從而很難分化成其他類型的細胞，比如利用脂肪干細胞很難獲得神經或肝臟細胞。
在最新研究中，瑞士蘇黎世大學拉斐拉·桑托羅和蘇黎世大學醫院的保羅·西內里共同領導的研究團隊發現，在發育最初幾天的天然胚胎里，一種名相比大多數細菌最多產生一到兩種羊毛硫酸類多肽，單一原綠球藻居然可以同時產生二十多種不同的多肽。盡管分布的地域不同，但地球上所有的原綠球藻都是屬于同一種，不同海域中的原綠球藻都可以產生特有的羊毛硫氨酸類多肽。
“在此之前自然界中分子多樣性的真實性并沒有被印證，直到這項研究結果的出爐。”研究者之一的Cubillos-Ruiz說到。
經典的遺傳譜系規則認為變化都是緩慢積累來的，只有這樣才能避免突發破壞性的變化而導致功能的損害。
顯然，原綠球藻是個例外：編碼羊毛硫肽的基因由兩個結構域尾尾相連組成，其中一個在所有的種群和譜系具有高度保守性，然而“另一半卻表現出驚人的多變性”，這意味著同個基因的兩個部分經歷了完全不同的進化途徑，這顯然并不常見。
原綠球藻通過“特殊”的代謝產物表現出了一種“迷人的進化模式”， Cubillos-Ruiz說。盡管通常進化會傾向于從祖先向后代傳遞時保留絕大多數遺傳結構，“但是在這些物種中，自然篩選似乎是向著能夠產生多而不同的羊毛硫肽的方向進行。因此這種天生的多樣性就好像是它們功能的一部分，但我們現在還不知道這種功能的目的與意義。”
也許它不得不產生對抗病毒的保護機制，又或是它們與其他細菌的交流的紐帶。
事實上，對多肽分子多樣性的研究最早可以追溯到2010年，當時分別來自van der Donk’s 和Chisholm實驗室的Bo Li 和Daniel Sher發現一種原綠球藻竟然可以產生29種不同的羊毛硫肽。但是，當Cubillos-Ruiz觀察了同一物種的不同種群后，驚喜出現了，來自不同地區的種群同樣可以產生大量的肽，“但是它們產生的種類卻完全不一樣”他說。
盡管并沒有參與課題的研究，來自于猶他大學藥用化學家Eric Schmidt教授仍舊認為“他們的工作相當出色”，他認為作者揭示了自然界中增強化合物多樣性的方法，這項研究超群之處在于，他們在自然界而非實驗室中檢測到了這種進化是如何發生的。在廣袤的開放海域中，這個項目工程浩大，結果喜人。
“原綠球藻在試圖告訴我們一些事情，但是目前我們還不知道這究竟是什么，” 來自麻省理工學院的Chishol說到，“Cubillos-Ruiz并沒有介紹清楚這些多肽分子多樣性的進化機制。如此微小的生物體，擁有一個如此之小的基因組，然而卻貢獻出如此之大的遺傳潛力用來生產這些多肽分子的，毫無疑問這些分子在原綠球藻的生命活動中扮演者至關重要的角色。”
而羊毛硫肽究竟扮演著什么角色？這個問題還尚未有定論。
事實上，這種過程未必是原綠球藻特有的。也許只是因為Chisholm和她的團隊選擇原綠球藻作為研究對象。“這個現象也許在其他的細菌中也有發生，” Cubillos-Ruiz說，“很多的線索暗示這種過程也發生在其他的生物系統中。”v叫“Pramel7”的蛋白質表達非常活躍，可以阻止遺傳物質因甲基化而被“封閉”，保持基因組的開放性。而在人工培養的胚胎干細胞內幾乎沒有發現該蛋白質的存在。
研究團隊通過實驗發現，關閉與Pramel7蛋白有關的基因表達后，基因組甲基化水平會急劇升高，干細胞停止發育，導致胚胎死亡。這意味著，Pramel7蛋白質雖然僅在胚胎發育的最初幾天發揮作用，但對維持正常發育至關重要。
研究還發現，增加該基因在人工胚胎干細胞里的表達，就可以生成更多的Pramel7蛋白，降低整個基因組的甲基化水平。這一發現或可提高人工胚胎干細胞的分化潛力，用于醫學研究和器官修復。西內里表示，他們希望能利用這一最新發現，通過人工胚胎干細胞培育出可移植的骨骼組織，開發出治療嚴重骨骼損傷的全新方法。