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粒线体的DNA可以交换？

　　我们知道粒线体是细胞的发电厂，有自己的 DNA（下图的4）位于内膜（inner membrane）所围起来的空间（基质，称为 matrix）里。

　　粒线体以二分裂法（fission）繁殖，但是在细胞中两个（或更多）的粒线体也可以融合，形成长管状的粒线体网络（mitochondrial network）[1]。不过，不管是单独的粒线体，或是粒线体网络，大约很少有人想到：粒线体之间是否存在着 DNA 交换的问题？甚或是，细胞与细胞之间是否能交换粒线体 DNA？

粒线体的DNA可以交换？

粒线体。图片來源：wiki

　　我们知道原核生物可以把体外的 DNA 吸收进来，成为自己的一部份，造成自己的性状改变；这个过程称为「转型」（transformation），由 Frederick Griffith 在 1928 年于肺炎双球菌（Streptococcus pneumoniae）的实验里观察到。后来我们也知道，原核生物利用这个天赋来互通有无；尤其是在抗药性基因。但是其他的 DNA 能交换吗？对于细菌来说，还可以经过性毛（sex pili）来交换一部份的基因体 DNA；就是这样而已。

　　不过，在 2015 年 1 月发表于细胞代谢（Cell Metabolism）期刊上的一篇研究[2]，足以让我们重新想想「有规则就有例外」这句话。

　　纽西兰的马拉甘医学研究所（Malaghan Institute of Medical Research）的研究团队，在研究小鼠的乳癌时，意外地发现：癌症细胞在缺乏粒线体 DNA 的状况下，可以从周围健康的宿主细胞中获取粒线体 DNA。

粒线体的DNA可以交换？

图片來源：Cell Metabolism

　　研究团队将没有粒线体 DNA 的小鼠乳癌细胞，注入健康的小鼠体内。由于这些细胞缺乏粒线体 DNA，造成粒线体功能极度不良，只能依靠醣解作用（glycolysis）来产生能量，理论上应该会长得很慢才是。

　　但是，大约在一个月以后，研究团队不仅看到原先注入癌细胞的部位长出了癌症，也在血液以及肺部发现了乳癌细胞。原先他们以为，这些癌细胞学会了如何在没有粒线体的状况下存活；但是，当他们在同事的建议下，测定这些跑到血液以及肺部的乳癌细胞的粒线体 DNA 时，却发现：这些癌细胞裡面，有粒线体 DNA 的存在。而且，连位在注入部位的癌细胞（原位癌），都发现了粒线体 DNA 的存在。获取粒线体 DNA，使得这些癌细胞重新获得进行细胞呼吸作用的能力。

　　研究团队发现，这些癌细胞进行细胞呼吸作用的能力，与他们的「转移程度」（笔者不大确定这个词）有相关：原位癌最少，其次是血液中的癌细胞；而转移到肺部的癌细胞，进行细胞呼吸作用的能力最好（虽然还不及原来的细胞）。

　　这个发现，除了让我们认识到，原来真核细胞也可以交换粒线体 DNA 之外，另外也让我们了解，原来癌细胞可以经由健康的宿主细胞获取 DNA 之后，重新获得快速生长以及转移的能力。当然，小鼠与人之间容或有差异，但如果人的癌细胞也经由类似的机制获取转移的能力，未来可以针对这个机制，研发新的抗癌药物。

　　參考文献：

Bob Buchanan, Wilhelm Gruissem, Russell Jones. 2002. Biochemistry & Molecular Biology of Plants. Wiley.
An S. Tan, James W. Baty， Lan-Feng Dong, Ayenachew Bezawork-Geleta, Berwini Endaya, Jacob Goodwin, Martina Bajzikova, Jaromira Kovarova, Martin Peterka, Bing Yan, Elham Alizadeh Pesdar, Margarita Sobol, Anatolyj Filimonenko, Shani Stuart, Magdalena Vondrusova, Katarina Kluckova, Karishma Sachaphibulkij, Jakub Rohlena, Pavel Hozak, Jaroslav Truksa, David Eccles, Larisa M. Haupt, Lyn R. Griffiths, Jiri Neuzil, Michael V. Berridge. 2015.Mitochondrial Genome Acquisition Restores Respiratory Function and Tumorigenic Potential of Cancer Cells without Mitochondrial DNA. Cell Metabolism. 21（1）：81–94.

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