DNA包含基因內(nèi)編碼的生命指令。在所有細(xì)胞中，DNA被組織成非常長(zhǎng)的長(zhǎng)度，稱為染色體。在動(dòng)物和植物細(xì)胞中，這些是雙端的，如細(xì)繩或鞋帶，但在細(xì)菌中它們是圓形的。無論是細(xì)長(zhǎng)的還是圓形的，這些長(zhǎng)染色體必須在細(xì)胞內(nèi)組織和包裝，以便在需要時(shí)可以打開或關(guān)閉基因。

ICREA研究教授，基因組調(diào)控中心生物系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人Luis Serrano領(lǐng)導(dǎo)的研究人員與西班牙，日本和澳大利亞的同事一起工作，他們將注意力集中在有機(jī)體內(nèi)的DNA組織上。小基因組 - 肺炎病原體肺炎支原體。它的圓形染色體比大腸桿菌大腸桿菌的大五倍小。

研究人員利用一種名為Hi-C *的技術(shù)揭示了不同DNA片段之間的相互作用，創(chuàng)造了支原體染色體的三維“圖譜” 。然后，他們使用超分辨率顯微鏡來證明這個(gè)計(jì)算機(jī)生成的地圖與細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的真實(shí)染色體組織相匹配。

值得注意的是，CRG團(tuán)隊(duì)利用塞拉諾實(shí)驗(yàn)室的支原體專家和CREG-CRG的ICREA研究教授Marc Marti-Renom的合作，發(fā)現(xiàn)支原體的圓形染色體在所有的情況下始終以相同的方式組織。細(xì)胞，在結(jié)構(gòu)的一端有一個(gè)叫做Origin(開始DNA復(fù)制的區(qū)域)的區(qū)域，染色體的中點(diǎn)位于另一端。這與在一些其他較大的細(xì)菌物種中看到的類似。

科學(xué)家們還使用Hi-C技術(shù)研究支原體基因組內(nèi)更詳細(xì)的組織模式。近年來，世界各地的科學(xué)家們已經(jīng)研究了從較大的細(xì)菌到人類的細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞內(nèi)染色體的組織。新一代測(cè)序技術(shù)使科學(xué)家能夠“讀取”任何基因組的DNA序列，但這并未揭示遺傳信息如何在細(xì)胞內(nèi)擁擠和繁忙的生物環(huán)境中進(jìn)行管理和組織。現(xiàn)在，新工具揭示了較大生物基因組中復(fù)雜的組織結(jié)構(gòu)，染色體的某些區(qū)域聚集在一起形成含有一起打開或關(guān)閉的基因的結(jié)構(gòu)域。

然而，人們認(rèn)為這些結(jié)構(gòu)域不會(huì)在支原體中發(fā)現(xiàn)，因?yàn)樗幕蚪M非常小，只有大約20種不同的DNA結(jié)合蛋白負(fù)責(zé)組織染色體，而其他細(xì)菌種類則需要數(shù)百種。有趣的是，CRG團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)即使是微小的支原體染色體也被組織成不同的結(jié)構(gòu)域，每個(gè)結(jié)構(gòu)域都包含以協(xié)調(diào)方式打開或關(guān)閉的基因。

文章的第一作者瑪麗·特魯薩特說：“用這么小的基因組研究細(xì)菌是一項(xiàng)重大的技術(shù)挑戰(zhàn)，特別是因?yàn)槲覀兪褂玫氖浅直媛曙@微鏡，我們花了五年時(shí)間才完成這個(gè)項(xiàng)目。我們懷疑那支原體基因組可能與其他細(xì)菌具有相似的整體組織，但我們完全驚訝地發(fā)現(xiàn)它也被組織成域，這可以被認(rèn)為是染色質(zhì)組織的調(diào)節(jié)單元，并且我們已經(jīng)確定了先前未知的基因調(diào)控層。這項(xiàng)研究表明，僅通過觀察基因組中DNA的線性序列就無法理解基因的組織和控制。實(shí)際上，為了全面了解基因調(diào)控，我們需要研究染色質(zhì)的三維組織，它也能協(xié)調(diào)基因活動(dòng)。“

這一發(fā)現(xiàn)表明，這種組織和遺傳控制水平對(duì)于所有活細(xì)胞都是共同的，從最大到最小，并且可以用少量的DNA結(jié)合蛋白和DNA本身的結(jié)構(gòu)特性來實(shí)現(xiàn)。

CRG團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于從各個(gè)層面對(duì)肺炎支原體進(jìn)行詳細(xì)的定量分析：從遺傳學(xué)到代謝，包括基因活性和蛋白質(zhì)組成的模式等等。他們計(jì)劃利用這些研究結(jié)果來研究控制和操縱基因工程中基因活動(dòng)的研究，這些細(xì)菌具有許多重要的醫(yī)學(xué)和工業(yè)應(yīng)用。