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      研究人員發(fā)現(xiàn)分子開關(guān)會(huì)引發(fā)細(xì)菌致病性
      
			
      
				2019-01-17 11:42:29
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      科學(xué)家們首次揭示了轉(zhuǎn)變細(xì)菌致病基因的分子步驟。能源部勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室(伯克利實(shí)驗(yàn)室)的研究人員利用一系列高功率X射線成像技術(shù)表明，與DNA結(jié)合的組蛋白樣蛋白與基因鏈的物理扭曲有關(guān)，染色體的超螺旋可以觸發(fā)導(dǎo)致微生物入侵的基因的表達(dá)。這項(xiàng)研究將于7月29日發(fā)表在“ 科學(xué)進(jìn)展 ”雜志上，可以為開發(fā)預(yù)防或治療細(xì)菌感染的藥物開辟新的途徑，研究作者說。
      

      研究人員發(fā)現(xiàn)分子開關(guān)會(huì)引發(fā)細(xì)菌致病性
      

      研究人員研究了長鏈DNA是如何緊密纏繞的，如果它們適合緊湊的空間則是必需的。對于真核生物，這些鏈纏繞在組蛋白上以適應(yīng)細(xì)胞核。對于包含細(xì)菌的單細(xì)胞原核生物，HU蛋白作為組蛋白，染色體聚集在缺乏膜的類核中。
      

      當(dāng)DNA壓實(shí)的正常曲折變成超螺旋時(shí)，就會(huì)開始出現(xiàn)問題。
      

      “人們已經(jīng)知道DNA超螺旋會(huì)導(dǎo)致細(xì)菌的致病性，但細(xì)菌染色體如何凝聚，組織并最終分離已經(jīng)成為一個(gè)半世紀(jì)以來的難題，”該研究的主要作者，伯克利研究科學(xué)家Michal Hammel說。實(shí)驗(yàn)室的分子生物物理學(xué)和綜合生物成像部門。“我們第一次做的是在大腸桿菌中觀察這種包裝是如何完成的，我們還發(fā)現(xiàn)HU蛋白包裝染色體的方式可以觸發(fā)基因表達(dá)。這是新的。”
      

      捕捉HU在行動(dòng)中
      

      闡明這些分子機(jī)制需要在伯克利實(shí)驗(yàn)室的高級光源(DOE科學(xué)用戶設(shè)施辦公室)使用兩條光束線對不同分辨率和階段的HU蛋白進(jìn)行成像。由資深科學(xué)家John Tainer執(zhí)導(dǎo)的SIBYLS(結(jié)構(gòu)綜合生命科學(xué)生物學(xué))光束線結(jié)合了X射線晶體學(xué)和小角度X射線散射(SAXS)能力。晶體學(xué)提供了HU蛋白如何與細(xì)菌DNA相互作用的原子級細(xì)節(jié)，而SAXS能夠顯示HU蛋白如何組裝并影響溶液中較長的DNA鏈。
      

      為了清楚地了解這種扭曲和包裝在細(xì)胞水平上的表現(xiàn)，Hammel與伯克利實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家Carolyn Larabell合作，他是國家X射線斷層掃描中心(NCXT)的主任，也是Advanced Light Source的成員。
      

      “我們需要這些不同技術(shù)的相互作用，以全面了解HU與DNA的相互作用如何影響細(xì)菌，”Larabell補(bǔ)充道，他也是加州大學(xué)舊金山分校的解剖學(xué)教授。“通過X射線斷層掃描，我們能夠看到有機(jī)材料中的自然對比度盡可能接近生存狀態(tài)，我們可以提供染色體在致病菌和正常大腸桿菌菌株中的壓實(shí)程度的定量比較。 “。
      

      Larabell計(jì)算出致病性大腸桿菌中的遺傳物質(zhì)非常緊密，與非突變體相比，其消耗量不到一半。
      

      控制發(fā)病機(jī)制的目標(biāo)
      

      在本文之前，人們一直認(rèn)為酶拓?fù)洚悩?gòu)酶是細(xì)菌DNA卷曲的主要驅(qū)動(dòng)因素。這項(xiàng)新研究表明，獨(dú)立于拓?fù)洚悩?gòu)酶，改變HU蛋白的組裝足以誘導(dǎo)細(xì)菌生長不同階段的DNA卷曲變化。“有關(guān)HU蛋白作為基因表達(dá)的觸發(fā)因素，它的特點(diǎn)是它很快，”Hammel說。“作為細(xì)菌的生存機(jī)制，這是有道理的，需要快速適應(yīng)不同的環(huán)境。”
      

      研究結(jié)果也提出了一個(gè)問題：如果可以開啟致病性，它是否也可以關(guān)閉?“我們當(dāng)然希望在未來的研究中回答這個(gè)問題，”Hammel說。“這些HU相互作用可能成為控制發(fā)病機(jī)制的有吸引力的靶標(biāo)，不僅是細(xì)菌，還有其他具有可比遺傳結(jié)構(gòu)的微生物。”
      
			

			
        
      
			
      
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