驚喜發(fā)現(xiàn)DNA在塑造細(xì)胞方面的作用
作為生命的基本單位,細(xì)胞是所有生物體中最仔細(xì)研究的成分之一。然而,關(guān)于細(xì)胞如何塑造等基本過(guò)程的細(xì)節(jié)仍然是一個(gè)謎。加州大學(xué)圣地亞哥分校的科學(xué)家們?cè)谏飳W(xué)和物理學(xué)的交匯點(diǎn)工作,在細(xì)胞形成的根源上做出了意想不到的發(fā)現(xiàn)。
據(jù)2018年2月8日的Cell雜志報(bào)道,生物學(xué)家Javier Lopez-Garrido,Kit Pogliano和他們?cè)趥惗丶又荽髮W(xué)圣地亞哥分校和倫敦帝國(guó)理工學(xué)院的同事發(fā)現(xiàn)DNA在塑造細(xì)菌細(xì)胞方面發(fā)揮了意想不到的建筑作用。
研究細(xì)菌枯草芽孢桿菌,研究人員利用一系列實(shí)驗(yàn)和技術(shù)揭示DNA,除了用于編碼遺傳信息外,還“提升”細(xì)菌細(xì)胞。
加州大學(xué)圣地亞哥分校生物科學(xué)部助理研究科學(xué)家,該研究的第一作者洛佩茲 - 加里多說(shuō):“我們的研究表明,DNA就像氣球中的空氣一樣,使細(xì)胞膨脹。”“DNA最為人所知,因?yàn)樗蔷哂羞z傳信息的分子,但它越來(lái)越明顯地表現(xiàn)出與其無(wú)關(guān)的其他事物。”
研究人員表示,這些結(jié)果可能與人體細(xì)胞產(chǎn)生和塑形有關(guān),也有助于解釋基本的機(jī)械過(guò)程以及細(xì)胞核和線粒體的結(jié)構(gòu)。結(jié)果還可以讓科學(xué)家們了解細(xì)胞生命本身的起源。Lopez-Garrido說(shuō),現(xiàn)代細(xì)菌細(xì)胞已經(jīng)進(jìn)化出各種機(jī)制來(lái)控制它們的內(nèi)部壓力。然而,在地球上生命的曙光中,這些機(jī)制在原始細(xì)胞中是不存在的。DNA能夠使細(xì)胞膨脹的發(fā)現(xiàn)可能使科學(xué)家能夠更好地了解地球上第一個(gè)細(xì)胞的生理學(xué)。
“生物學(xué)家傾向于認(rèn)為細(xì)胞生長(zhǎng)遵循正常的生物合成途徑,但我們發(fā)現(xiàn)了一條不正常的途徑,因?yàn)樗灰蕾囉谏L(zhǎng)所需的過(guò)程,”分子生物學(xué)教授Pogliano說(shuō)。該論文的資深作者。“這個(gè)細(xì)胞生長(zhǎng)所需要的就是用DNA及其相關(guān)的帶正電荷的離子對(duì)其進(jìn)行充氣,并且能夠制造更多的膜,使細(xì)胞變得更大。似乎不需要任何其他細(xì)胞。”
研究人員采用延時(shí)熒光顯微鏡通過(guò)稱為孢子形成的過(guò)程有條理地跟蹤枯草芽孢桿菌中的細(xì)胞形成。在此過(guò)程中,細(xì)胞分裂成母細(xì)胞和較小的細(xì)胞或前孢子。此外,研究人員還利用低溫電子斷層掃描技術(shù)捕獲了過(guò)程中極端特寫的細(xì)胞,研究人員目睹了母細(xì)胞在拉伸和膨脹過(guò)程中用DNA向前孢子充氣,最終形成一個(gè)新的蛋形細(xì)胞。
“令人驚訝的是,我們剛剛開始劃清物理如何影響生物體的表面,”Pogliano說(shuō)。“這是一個(gè)影響細(xì)胞形狀的非常簡(jiǎn)單的生物物理特性的獨(dú)特例子,它說(shuō)明了與生物學(xué)家密切合作的物理學(xué)家的價(jià)值。了解物理學(xué)和生物學(xué)如何相交是未來(lái)發(fā)展的一個(gè)巨大領(lǐng)域。”
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