利用一塊分子“魔術(shù)貼”將發(fā)光探針連接到蛋白質(zhì)分子上，臥龍崗大學(xué)(UOW)的研究人員揭開了一個(gè)重要蛋白質(zhì)如何修復(fù)細(xì)菌中受損DNA的神秘面紗，這對(duì)于了解抗生素是如何產(chǎn)生影響的阻力發(fā)展。就像緊急服務(wù)中心如何協(xié)調(diào)各種應(yīng)急響應(yīng)團(tuán)隊(duì)一樣，當(dāng)DNA被損壞時(shí)，蛋白質(zhì)RecA會(huì)發(fā)揮作用。RecA發(fā)出SOS警報(bào)，超過(guò)40種不同的基因響應(yīng)號(hào)召性用語(yǔ)。它評(píng)估損壞的程度和需要的維修，并協(xié)調(diào)損壞現(xiàn)場(chǎng)的維修活動(dòng)。

然而，分子視野研究員和研究主要作者Harshad Ghodke博士說(shuō)，修復(fù)過(guò)程可能會(huì)產(chǎn)生突變。雖然RecA激活或打開了不會(huì)引入錯(cuò)誤的各種修復(fù)機(jī)制，但它也會(huì)啟動(dòng)引入錯(cuò)誤的機(jī)制，同時(shí)復(fù)制DNA作為幫助細(xì)胞存活的最后嘗試。不幸的是，這個(gè)過(guò)程可能導(dǎo)致DNA序列的關(guān)鍵變化。

“這些變化或突變不再被認(rèn)為是錯(cuò)誤，新序列在新一代細(xì)胞中被復(fù)制。它不會(huì)恢復(fù)到原來(lái)的形式，”Ghodke博士說(shuō)。這產(chǎn)生了治療細(xì)菌感染的問題。當(dāng)抗生素開始?xì)⑺兰?xì)菌時(shí)，RecA猛撲幫助細(xì)胞在抗生素治療中存活下來(lái)，現(xiàn)在存活的細(xì)胞具有潛在的抗生素抗性突變，使藥物無(wú)效。

到目前為止，研究人員難以理解RecA如何完成其??工作，并且可能設(shè)計(jì)出能夠?qū)蛊湫迯?fù)工作的藥物，因?yàn)闆]有人能夠看到活細(xì)胞內(nèi)的修復(fù)活動(dòng)究竟發(fā)生在哪里。

“RecA圍繞單鏈DNA形成細(xì)絲，然后發(fā)出SOS反應(yīng)信號(hào)，”Ghodke博士說(shuō)。“通常情況下，研究人員會(huì)在RecA上附上一個(gè)明亮的熒光標(biāo)簽，這樣他們就可以在工作時(shí)拍攝它。但是附帶的標(biāo)簽，RecA不能很好地完成它的工作，并且不會(huì)像在細(xì)胞環(huán)境。“來(lái)自標(biāo)簽的熒光信號(hào)還使得難以區(qū)分主動(dòng)參與修復(fù)工作的RecA和等待緊急呼叫的空閑或存儲(chǔ)在小區(qū)中的RecA。

“想象一下，你可以看到一個(gè)城市的航拍照片，你只能在下面看到消防車。你無(wú)法分辨他們是否正在積極滅火或等待消防局的電話。如果我們只想看到消防車在在燃燒的建筑物的位置，你可以將燈安裝在消防栓上，以便在消防車連接時(shí)將它們打開，并得出相鄰建筑物著火的結(jié)論。

“我們通過(guò)可視化RecA細(xì)絲做了類似的事情。我們使用了一種與RecA細(xì)絲自然相互作用的病毒蛋白質(zhì)，因此它不會(huì)干擾它如何工作，同時(shí)點(diǎn)亮RecA細(xì)絲，因?yàn)樗鼌⑴c了損傷反應(yīng)。 “

為了幫助想象這種激進(jìn)的新方法來(lái)闡明活體大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)的DNA 修復(fù)過(guò)程，研究人員轉(zhuǎn)向3D打印來(lái)創(chuàng)建RecA的物理模型，使他們能夠看到它的形狀和形狀。

Molecular Horizo??ns總監(jiān)，著名教授Antoine van Oijen說(shuō)，生物過(guò)程的關(guān)鍵在于思考結(jié)構(gòu)和形狀。“我們從成像中了解到，蛋白質(zhì)是動(dòng)態(tài)物體。如果我們將它們視為三維結(jié)構(gòu)，我們就可以開始想象它們?nèi)绾巫兓约皩?dǎo)致這些變化的原因，從而更清楚地了解這些蛋白質(zhì)是如何起作用的。

“通過(guò)物理結(jié)構(gòu)，您可以看到連接其他蛋白質(zhì)的界面和設(shè)計(jì)方法。然后使用復(fù)雜的成像工具，我們可以拍攝短片，這是第一次真正告訴我們它們是如何工作的。”

van Oijen教授說(shuō)，團(tuán)隊(duì)解決的難題的關(guān)鍵部分為克服抗生素抗性的新藥物治療鋪平了道路。

在某些情況下，突變細(xì)胞使藥物失活或不再具有藥物分子正在尋找的目標(biāo)蛋白質(zhì)，并且不會(huì)破壞流氓細(xì)胞。

“抗生素耐藥性是一個(gè)非常重要的全球性挑戰(zhàn)。我們不想完全擺脫抗生素，因?yàn)楫?dāng)它們起作用時(shí)它們非常有效。如果我們可以想象這些過(guò)程，我們就可以理解分子與結(jié)構(gòu)之間的物理聯(lián)系。蛋白質(zhì)和可能設(shè)計(jì)的新藥物可以防止細(xì)菌細(xì)胞產(chǎn)生抗藥性。“

該研究發(fā)表在eLife期刊上。