對于Tom Santangelo來說，稱為古細(xì)菌的單細(xì)胞微生物就像古代水手一樣，在地球上最極端的條件下生存，包括深海的火山口。

科羅拉多州立大學(xué)的研究人員研究了這些耐寒微生物 - 它們構(gòu)成生命的三個(gè)幸存領(lǐng)域之一 - 如何表達(dá)它們的基因，產(chǎn)生能量，并在炎熱，無光的環(huán)境中茁壯成長。

事實(shí)證明，畢竟，從古生物學(xué)到生物化學(xué)，我們并沒有那么不同。

生物化學(xué)與分子生物學(xué)系副教授Santangelo是一個(gè)團(tuán)隊(duì)，他們發(fā)現(xiàn)古細(xì)胞和更復(fù)雜細(xì)胞(包括人類和動物)如何包裝和儲存其遺傳物質(zhì)之間存在驚人的相似之處。今年早些時(shí)候在“科學(xué)”雜志上發(fā)表的這項(xiàng)突破性研究證明，古細(xì)菌和真核細(xì)胞具有共同的機(jī)制來壓縮，組織和構(gòu)建其基因組。

該研究由Karolin Luger領(lǐng)導(dǎo)，他現(xiàn)在是科羅拉多大學(xué)博爾德分校的結(jié)構(gòu)生物學(xué)家。在1999年至2015年期間，Luger是科羅拉多州立大學(xué)的教員，完成了大部分科學(xué)報(bào)告的結(jié)果。

DNA，組蛋白，核小體，染色質(zhì)

一點(diǎn)點(diǎn)高中生物學(xué)評論：真核生物是具有細(xì)胞核和膜結(jié)合細(xì)胞器的細(xì)胞，它們包括真菌，植物和動物 - 包括人類細(xì)胞。由于缺乏核心，它們與它們不那么復(fù)雜的對應(yīng)物，原核生物分開。雖然古細(xì)菌和細(xì)菌都是原核生物，但它們只是遠(yuǎn)親相關(guān)。古細(xì)菌可能是真核生物的祖先，并且共享許多控制基因表達(dá)的蛋白質(zhì)。

生命中最基本的過程之一 - DNA彎曲，折疊和將其自身融入細(xì)胞核的機(jī)制 - 在所有真核生物中都很常見，從微觀原生生物到植物再到人類。

在每個(gè)真核細(xì)胞的細(xì)胞核內(nèi)包裝有幾英尺的遺傳物質(zhì)，以非常特殊的方式壓實(shí)。DNA的一小部分被包裹起來，就像纏繞在線軸上一樣，大約是八個(gè)叫做組蛋白的小蛋白質(zhì)的兩倍。這整個(gè)DNA-組蛋白復(fù)合物稱為核小體，一串壓實(shí)的核小體稱為染色質(zhì)。1997年，Luger及其同事首次通過X射線晶體學(xué)報(bào)告了真核小體的確切結(jié)構(gòu)。

'Gnarly'晶體學(xué)

科學(xué)論文合作者John Reeve在20世紀(jì)90年代發(fā)現(xiàn)，組蛋白不僅限于真核生物，而且還存在于無核的古細(xì)胞中。Reeves和Luger開始合作，以結(jié)晶基于組蛋白的古細(xì)菌染色質(zhì)，并將該結(jié)構(gòu)與真核染色質(zhì)進(jìn)行比較。

經(jīng)過多年的停止和啟動以及生長可靠的古菌組蛋白晶體 - 魯格稱之為“粗糙的晶體學(xué)問題” - 科學(xué)家們成功地解決了古細(xì)菌染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)，揭示了其與真核生物的結(jié)構(gòu)相似性。

'具有生物學(xué)意義'的結(jié)構(gòu)

在數(shù)據(jù)中，古細(xì)菌DNA似乎形成長而彎曲的重復(fù)超靈。研究人員不確定結(jié)構(gòu)是否真實(shí)，或者是實(shí)驗(yàn)的人工制品。這就是Santagelo在科羅拉多州立大學(xué)的團(tuán)隊(duì)提供關(guān)鍵專業(yè)知識的地方。

“我的小組接受了確定結(jié)晶中結(jié)構(gòu)是否代表具有生物學(xué)意義的結(jié)構(gòu)的挑戰(zhàn)，”他說。

Santangelo的團(tuán)隊(duì)制作了古菌組蛋白的變體，并測試了細(xì)胞如何發(fā)展，因?yàn)樗鼈兤茐牧薉NA超螺旋。他們發(fā)現(xiàn)，他們越不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，細(xì)胞越來越嚴(yán)重。他們的努力強(qiáng)調(diào)了Luger團(tuán)隊(duì)所確定的結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。

作為一個(gè)團(tuán)隊(duì)的一員，他們提供了如此基本的洞察力，作為我們細(xì)胞的祖先，是Santangelo職業(yè)生涯中最有價(jià)值的時(shí)刻之一。

“我認(rèn)為，論文的主要影響是將DNA壓縮到這些結(jié)構(gòu)中的想法是一個(gè)非常古老的想法 - 可能超過10億年，”Santangelo說。“組蛋白蛋白質(zhì)出現(xiàn)在現(xiàn)場，一旦它們進(jìn)入并開始包裝基因組，它們在很大程度上使它們成為編碼它們的那些細(xì)胞必不可少的。”

Santangelo將繼續(xù)研究古細(xì)菌的結(jié)構(gòu)，功能和能量交易 - 古代水手現(xiàn)在明確地代表了人類細(xì)胞活動的祖先原型。