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Cell:令人意外!细菌DNA遭受压缩时仍保持它的基因表达

https://www.cphi.cn   2018-08-29 16:07 来源:生物谷

 细菌引起许多严重疾病,如食物中毒和肺炎。科学家们面临的挑战是,引起疾病的细菌是非常有弹性的。比如,当诸如大肠杆菌之类的细菌经历饥饿时,它们会大规模地重新组装它们的DNA,从而使得它们能够在应激条件下存活下来。

       细菌引起许多严重疾病,如食物中毒和肺炎。科学家们面临的挑战是,引起疾病的细菌是非常有弹性的。比如,当诸如大肠杆菌之类的细菌经历饥饿时,它们会大规模地重新组装它们的DNA,从而使得它们能够在应激条件下存活下来。 为了实现这一壮举及提高存活机会,大肠杆菌菌株显著增加一种被称作Dps的蛋白的数量。这种蛋白将细菌DNA压缩成致密的水晶状复合物并保护其免受损伤。虽然之前的研究已表明Dps保护细菌免受饥饿和其他的应激因素,但是科学家们并不知道这种特殊的蛋白是如何发挥作用的。

       在一项新的研究中,来自荷兰卡夫利纳米科学研究所、格罗宁根大学、代尔夫特理工大学、美国罗彻斯特大学和俄亥俄州立大学的研究人员描述了Dps有助细菌在应激条件下存活下来的一些独特的特征。相关研究结果发表在2018年8月23日的Cell期刊上,论文标题为“Global DNA Compaction in Stationary-Phase Bacteria Does Not Affect Transcription”。论文通信作者为罗彻斯特大学生物学副教授Anne Meyer、夫利纳米科学研究所的Elio Abbondanzieri和Nynke Dekker。

       植物和动物等高等生物中的细胞不含有Dps。然而,它们也会做类似的事情。当它们不需要基因组的某些片段时,它们会包裹这些片段并进行压缩。这种压缩能够有助让DNA免受损伤,这是因为这会将DNA与细胞质的其他部分隔离开来。每当DNA在高等生物中遭受压缩时,处于压缩的基因组片段中的基因就更不可能表达。这些研究人员原本认为当细菌DNA被Dps压缩时,他们会在细菌(一种低等生物)中观察到同样的效果。

       但是,实际上,这些研究人员观察到令人吃惊的结果:尽管Dps确实会压缩细菌DNA,但是这种压缩并不对基因表达产生任何影响。当遭受应激时,不论DNA是否被Dps压缩,作为一种对基因进行转录的酶,RNA聚合酶(RNAP)能够结合到DNA上,仍然能够表达基因。大肠杆菌是他们观察到的尽管DNA遭受强烈的压缩但是基因表达没有发生变化的首个细菌。

       问题来了,如果不论细菌DNA是否遭受压缩,基因表达都得以保持,那么Dps的主要作用到底是什么呢?

       这些研究人员观察到尽管RNA聚合酶仍然能够完全接触到遭受Dps压缩的DNA,但是其他的能够切割和破坏DNA的蛋白被完全阻断。因此,他们猜测Dps压缩细菌DNA的目的可能是保护它免受破坏或突变,同时仍然允许细菌表达有助于其抵抗应激条件的基因。

       如果是这种情形的话,那么当Dps结合到DNA上时,它的保护作用会因局部作用得到进一步强化。比如,Dps能够中和铁,即一种对DNA造成广泛破坏的元素。理解Dps的作用可能有助于人们开发出具有更强靶向性的抗生素和其他的药物疗法。

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