細菌引起許多嚴重疾病，如食物中毒和肺炎?？茖W(xué)家們面臨的挑戰是，引起疾病的細菌是非常有彈性的。比如，當諸如大腸桿菌之類(lèi)的細菌經(jīng)歷饑餓時(shí)，它們會(huì )大規模地重新組裝它們的DNA，從而使得它們能夠在應激條件下存活下來(lái)。 為了實(shí)現這一壯舉及提高存活機會(huì )，大腸桿菌菌株顯著(zhù)增加一種被稱(chēng)作Dps的蛋白的數量。這種蛋白將細菌DNA壓縮成致密的水晶狀復合物并保護其免受損傷。雖然之前的研究已表明Dps保護細菌免受饑餓和其他的應激因素，但是科學(xué)家們并不知道這種特殊的蛋白是如何發(fā)揮作用的。
在一項新的研究中，來(lái)自荷蘭卡夫利納米科學(xué)研究所、格羅寧根大學(xué)、代爾夫特理工大學(xué)、美國羅徹斯特大學(xué)和俄亥俄州立大學(xué)的研究人員描述了Dps有助細菌在應激條件下存活下來(lái)的一些獨特的特征。相關(guān)研究結果發(fā)表在2018年8月23日的Cell期刊上，論文標題為“Global DNA Compaction in Stationary-Phase Bacteria Does Not Affect Transcription”。論文通信作者為羅徹斯特大學(xué)生物學(xué)副教授A(yíng)nne Meyer、夫利納米科學(xué)研究所的Elio Abbondanzieri和Nynke Dekker。
植物和動(dòng)物等高等生物中的細胞不含有Dps。然而，它們也會(huì )做類(lèi)似的事情。當它們不需要基因組的某些片段時(shí)，它們會(huì )包裹這些片段并進(jìn)行壓縮。這種壓縮能夠有助讓DNA免受損傷，這是因為這會(huì )將DNA與細胞質(zhì)的其他部分隔離開(kāi)來(lái)。每當DNA在高等生物中遭受壓縮時(shí)，處于壓縮的基因組片段中的基因就更不可能表達。這些研究人員原本認為當細菌DNA被Dps壓縮時(shí)，他們會(huì )在細菌（一種低等生物）中觀(guān)察到同樣的效果。
但是，實(shí)際上，這些研究人員觀(guān)察到令人吃驚的結果：盡管Dps確實(shí)會(huì )壓縮細菌DNA，但是這種壓縮并不對基因表達產(chǎn)生任何影響。當遭受應激時(shí)，不論DNA是否被Dps壓縮，作為一種對基因進(jìn)行轉錄的酶，RNA聚合酶（RNAP）能夠結合到DNA上，仍然能夠表達基因。大腸桿菌是他們觀(guān)察到的盡管DNA遭受強烈的壓縮但是基因表達沒(méi)有發(fā)生變化的首個(gè)細菌。
問(wèn)題來(lái)了，如果不論細菌DNA是否遭受壓縮，基因表達都得以保持，那么Dps的主要作用到底是什么呢？
這些研究人員觀(guān)察到盡管RNA聚合酶仍然能夠完全接觸到遭受Dps壓縮的DNA，但是其他的能夠切割和破壞DNA的蛋白被完全阻斷。因此，他們猜測Dps壓縮細菌DNA的目的可能是保護它免受破壞或突變，同時(shí)仍然允許細菌表達有助于其抵抗應激條件的基因。
如果是這種情形的話(huà)，那么當Dps結合到DNA上時(shí)，它的保護作用會(huì )因局部作用得到進(jìn)一步強化。比如，Dps能夠中和鐵，即一種對DNA造成廣泛破壞的元素。理解Dps的作用可能有助于人們開(kāi)發(fā)出具有更強靶向性的抗生素和其他的藥物療法。
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