过敏重现系统发育

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多年来,我一直生活在对过敏的恐惧中。虽然我从未有过任何危及生命的反应,但在我的童年时期,我以惊人的频率发展出新的过敏。首先,是摸了我四年级最好的朋友的兔子后出现的荨麻疹,然后是温带森林春季常见的季节性过敏,然后是一长串使我口咽发痒和肿胀的生水果、蔬菜和坚果。我开始认为我很快就会对所有东西都过敏。

为了寻求某种神奇的药物,或者至少是开一些西替利嗪,我去看了一次过敏症专科医生,但结果给了我更好的东西:一个诊断结果。我患有口腔过敏综合征,这是一种对新鲜水果和蔬菜的局部过敏,在患有季节性过敏的人群中很常见。

过敏是你的身体对无害事物过度反应。免疫系统的抗体识别一种通常无害的蛋白质,并激活免疫系统来对抗它,从而引起你所知道和厌恶的所有症状。对于像我这样的许多季节性过敏患者来说,产生对抗花粉蛋白的抗体也意味着当这种蛋白质出现在其他植物(包括水果和蔬菜)中时会发生反应。一些抗体与蛋白质中的氨基酸序列结合,但许多抗体与蛋白质的3D形状结合。烹饪使温度升高到足以使3D结构变性,阻止抗体结合,使其再次可食用。


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我对桦树过敏,其主要过敏原称为Bet v 1(过敏原蛋白以其宿主的拉丁名称命名。桦树是Betula verrucosa,因此为Bet v 1)。Bet v 1是一种帮助植物应对病原体的蛋白质,出现在许多其他水果和蔬菜中,使我对以下食物过敏(按大致的过敏性顺序):桃子、樱桃、杏仁、李子、杏子、苹果、梨、浆果、猕猴桃、大豆、胡萝卜、芹菜、西红柿、辣椒、欧芹和土豆。

随着清单越来越长,我假设我对某些东西过敏,除非另有证明。为了谨慎起见,我避免了所有未煮熟的水果和沙拉。但是最近,当我开始更多地了解植物时(典型的分子生物学教育中严重缺乏),我开始了解我过敏的东西和我可以吃的东西之间的联系。黄瓜和瓜类属于同一科!樱桃和杏仁密切相关!西兰花和卷心菜是同一物种!我的过敏似乎不再那么随机,并且更容易与服务员和举办晚宴的朋友谈论要避免什么。

将我能吃和不能吃的水果和蔬菜绘制到开花植物进化树上,这种联系变得更加清晰。在下面的图表中,该图表修改自被子植物系统发育组构建的树状图,红色突出显示的植物科包含我过敏的东西,绿色突出显示的科是我可以吃的,而黑色留下的科是未知或不可食用的

单子叶植物和真双子叶植物之间存在非常明显的分裂,而过敏性植物肯定聚集在蔷薇分支和菊分支中,接近包括可怕的桦树在内的山毛榉目。这种聚集是有道理的,因为蛋白质在亲缘关系更近的物种中应该更密切相关,尽管我不太确定包括非过敏性黄瓜和瓜类在内的葫芦目如何能如此接近母体过敏原。为什么只有这种蛋白质的桦树版本(是存在于许多不同生物中的普遍超家族的一部分)会引起这种过敏反应,这仍然是一个悬而未决的问题。

从这项映射练习中值得注意的一个发现是,我的过敏反应的强度似乎与植物在系统发育树上的位置相关。从喉咙闭合的桃子和樱桃到轻微刺激的(但美味的)香菜,我的过敏反应在很大程度上与系统发育关系保持一致。Bet v 1的进化距离越远的变体与原始过敏原的相似性就越低,因此我的抗体结合得越不好,导致过敏反应减弱。

这些系统发育树通常是通过比较所有成员之间共享的基因序列的相似性来构建的,通常是核糖体RNA的一部分。使用可以比对蛋白质序列的软件重新构建基于Bet v 1的树状图

并根据相关性对其进行聚类

产生一棵非常相似的树!这些系统发育树现在使我更容易通过在维基百科上查找分类信息而不是品尝来了解我对某些东西是否过敏以及我的反应有多强烈。我仍然不能吃任何这些东西(尽管我的iGEM学生确实试图为我设计非过敏性植物),但由于科学,我至少不再害怕我的过敏了。

Christina Agapakis is a biologist, designer, and writer with an ecological and evolutionary approach to synthetic biology and biological engineering. Her PhD thesis projects at the Harvard Medical School include design of metabolic pathways in bacteria for hydrogen fuel production, personalized genetic engineering of plants, engineered photosynthetic endosymbiosis, and cheese smell-omics. With Oscillator and Icosahedron Labs she works towards envisioning the future of biological technologies and synthetic biology design.

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