細(xì)胞中存在許多對生命至關(guān)重要的過程。其中兩個，轉(zhuǎn)錄和翻譯，允許存儲在DNA中的遺傳信息被破譯成形成所有生物的蛋白質(zhì)，從細(xì)菌到人類再到植物。半個世紀(jì)以來，科學(xué)家們已經(jīng)知道這兩種過程是在細(xì)菌中結(jié)合在一起的，但直到現(xiàn)在他們才終于看到了使這種過程成為可能的結(jié)構(gòu)。在今天發(fā)表在“ 科學(xué)”雜志上的一篇論文中，來自威斯康星大學(xué)麥迪遜分校和德國生物物理化學(xué)馬克斯普朗克研究所(MPI)的生物化學(xué)家揭示了所謂的“表達(dá)組織”的定義架構(gòu)。

研究人員表示，使用模型細(xì)菌大腸桿菌進(jìn)行的這項工作可以為研究細(xì)菌如何影響人類健康打開許多大門，包括更好地了解基因調(diào)控和新抗生素的可能開發(fā)。

“這種復(fù)合物在細(xì)菌中的存在已基于證據(jù)得到假設(shè)，但沒有人記錄它存在，”威斯康星大學(xué)麥迪遜分校生物化學(xué)系教授，該研究的作者羅伯特蘭迪克解釋道。“這是第一次證明你可以用這兩臺相當(dāng)復(fù)雜的機器組成一臺大型超級蜂窩機器。”

轉(zhuǎn)錄過程利用稱為RNA聚合酶的酶將DNA轉(zhuǎn)化為RNA。在此過程之后，另一種稱為核糖體的分子機器將RNA(更具體地稱為信使RNA)轉(zhuǎn)化為細(xì)菌可用于運作的蛋白質(zhì)。

在細(xì)菌表達(dá)組中，聚合酶和核糖體形成一個復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，以耦合的方式進(jìn)行這兩個過程，這個新解決的結(jié)構(gòu)提供了這種情況的快照，生物化學(xué)研究科學(xué)家和合著者Rachel Mooney說。在紙上。

轉(zhuǎn)錄和翻譯也發(fā)生在動物和人類身上，但它們不像細(xì)菌那樣偶聯(lián)。相反，它們發(fā)生在細(xì)胞的兩個物理上不同的部分。研究人員說，如果科學(xué)家能夠找到破壞表達(dá)組的方法，他們可能能夠開發(fā)出針對細(xì)菌的藥物，但不會讓人體細(xì)胞受到傷害。

“任何時候你在這樣的研??究中找到一個新的界面，比如聚合酶和核糖體聚集在一起，那個界面就成了藥物的目標(biāo)，”Landick說。“如果你能找到破壞它的東西，它可以與其他抗生素協(xié)同作用或單獨使用。”

Landick補充說，這一發(fā)現(xiàn)還延伸到微生物組的研究，即人體內(nèi)部和周圍的微生物群落。正在進(jìn)行的研究表明，微生物組對人類健康的重要性和理解這些微生物群落中的基因調(diào)控是這些努力的關(guān)鍵部分。表達(dá)式現(xiàn)在為這種理解提供了基本的構(gòu)建塊。

他說：“我們傾向于將人類生物學(xué)視為人類細(xì)胞中發(fā)生的事情，但人體細(xì)胞至少和人體細(xì)胞一樣多。” “大腸桿菌在那里可能并不普遍，但我們將其用作模型，將我們的研究擴展到對人類過程至關(guān)重要的其他細(xì)菌。”

Landick和Mooney與Rebecca Kohler和MPI的董事Patrick Cramer合作。德國團(tuán)隊的設(shè)備幫助解決了表達(dá)組的結(jié)構(gòu)，該組合使用由威斯康星大學(xué)麥迪遜分校提供的RNA聚合酶組裝而成。

“這是如何進(jìn)行跨學(xué)科項目的一個很好的例子，”克萊默說。“我們的工作解釋了舊的觀察結(jié)果，即轉(zhuǎn)錄和翻譯這兩個過程都耦合在這些細(xì)胞中。”

研究人員也對這個綜合體的起源感興趣。為什么這些過程在細(xì)菌中耦合，而不是像人類這樣的生物，是進(jìn)化中的一個案例研究。

“對它的一個看法是簡單地認(rèn)識到細(xì)菌比我們更進(jìn)化，”Landick解釋道。“這是違反直覺的，但從技術(shù)上來說，他們已經(jīng)擁有了比我們更多的世代。細(xì)菌所面臨的進(jìn)化壓力導(dǎo)致了這種非常簡化和有效的方式出現(xiàn)，將DNA轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)。”

對于蘭迪克來說，這項工作也有重要的聯(lián)系。著名的威斯康星大學(xué)麥迪遜生物化學(xué)家Gobind Khorana因其在基因行動的分子基礎(chǔ)上的工作而于1968年獲得諾貝爾獎，而Landick的靈感來自于他在生物化學(xué)和分子生物學(xué)領(lǐng)域的工作。

“在我們的部門，Khorana做了一些非常開創(chuàng)性的研究，定義了遺傳密碼以及DNA編碼信息如何傳播并轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)，這種范式被稱為分子生物學(xué)的核心教條，”他說。“在他之后的幾年里，其他人也是如此。為了達(dá)到同樣的目標(biāo)，進(jìn)行類似的研究是非常令人興奮的。”