研究人员针对保护细菌DNA食谱的蛋白质
细菌引起许多严重疾病,从食物中毒到肺炎。科学家们面临的挑战是,引起疾病的细菌非常有弹性。例如,当像大肠杆菌(大肠杆菌)这样的细菌经历饥饿时,它们会大量重组细菌DNA,使它们能够在压力条件下存活下来。
为了实现这一壮举并提高其存活机会,大肠杆菌菌株显着增加了一种称为Dps的蛋白质的数量,这种蛋白质将细菌DNA压缩成致密的水晶状复合物并保护其免受损伤。虽然之前的研究表明Dps是保护细菌免于饥饿和其他压力因素的原因,研究人员并不知道这种特殊蛋白质是如何起作用的。
在Cell发表的一篇新论文中,罗切斯特大学生物学副教授Anne Meyer和研究助理Elio Abbondanzieri以及其他同事描述了Dps的一些独特特征,这些特征帮助细菌在压力条件下生存。他们的研究可能有助于导致更有针对性的抗生素和其他药物治疗。
细胞内的“食谱”
想象一下,细胞中的每条DNA链都是单独的食谱。为了制作头发,你会拔出头发食谱卡。为了消化你的食物,你会按照消化食谱卡并在该食谱中表达基因“成分”。但是,当你正在做饭时,你不想让所有的食谱同时在厨房里进行,所以你要将它们存放在食谱盒中,然后拉出你需要的食谱来保护它们。
高等生物如植物和动物中的细胞不含Dps。然而,根据Abbondanzieri的说法,他们做了类似的事情。“当他们不需要时,他们打包并压缩基因组的部分,就像存放在盒子里的食谱一样。压实可以帮助保护DNA免受损害,因为DNA被”封闭“在细胞质的其他部分。
每当DNA在高等生物中被压实时,压实的基因就不太可能被表达。研究人员认为,当细菌DNA被Dps压实时,它们会在细菌(一种较低的生物体)中看到同样的效果。
“由于我们知道Dps压缩细菌DNA,我们认为这种压缩很可能会导致表达的基因发生重大变化,”Meyer说。
“但我们没有看到这一点。”
意外的结果
虽然Dps确实压缩了细菌DNA,但压实对基因的表达没有任何影响。表达或转录基因-RNA聚合酶(RNAP)的酶能够与DNA结合并同样表达基因,无论DNA在压力期间是否被Dps浓缩。
“细菌与我们在高等生物中看到的不同,因为它们的'食谱'仍然可以读取,即使它们在食谱盒中,”Meyer说。“即使它们被压实和保护,它们仍然可以被表达。大肠杆菌是第一个我们看到强烈压实而基因表达无变化的细菌例子。”
那么Dps的主要作用是什么,如果基因表达被保留,细菌DNA是否被压缩?
研究人员观察到,虽然RNAP仍可完全接触Dps压缩的DNA,但其他可切割和损伤DNA的蛋白质则完全被阻断。因此,他们推测Dps可以浓缩细菌DNA以保护DNA不被破坏或突变,同时仍允许细菌表达帮助其抵抗压力条件的基因。
如果是这种情况,当Dps与DNA结合时,Dps的保护作用会进一步增强。例如,Dps可以中和铁,这是一种对DNA造成广泛损害的元素。
有针对性的抗生素和药物治疗
认识到Dps的影响可能会导致更有针对性的抗生素的发展。
“许多致病性细菌,包括那些负责食物中毒,泌尿道感染,克罗恩病,靠的Dps在其宿主的生存,”迈尔说。“我们的研究表明,如果你想针对Dps作用,你需要直接阻断其DNA结合或铁氧化。”
迈耶还指出,该研究可能会导致激进的新疗法,这些新疗法采用Dps作为屏障,在高压力环境中保护人类DNA,例如高辐射区域。
Dps是否可以用于人类或其他高等生物以保护DNA,同时仍允许其执行其他功能?
梅耶说:“我不知道这是否有效,但我认为在实验室环境中尝试是非常有趣的。”
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