杆状革兰氏阳性土壤细菌谷氨酸棒杆菌在生物技术中起重要作用

谷氨酸棒杆菌(一种生物技术重要的微生物)中DNA复制和细胞分裂控制的新见解有助于优化氨基酸的工业生产。

杆状革兰氏阳性土壤细菌谷氨酸棒杆菌在生物技术中起重要作用。如其物种名称所示，谷氨酸棒杆菌大量合成谷氨酸(蛋白质中发现的20种经典氨基酸之一)，并用于大规模生产该氨基酸和许多其他氨基酸。然而，产量的事实是，在与细菌等比较受限大肠杆菌，棒状杆菌生长的文化相对缓慢。来自慕尼黑Ludwig-Maximilians-Universitaet(LMU)的微生物学家Marc Bramkamp教授和他的研究小组现在仔细研究了谷氨酸棒杆菌增长和扩散的模式，并揭示了这些过程以前未知的方面，可以利用这些方面来提高其增长率。

细菌细胞分裂之前是细菌染色体的复制。复制从单一起源开始，并且需要DNA双螺旋的两条链的节段解离。DNA链的局部分离发生在所谓的复制叉上。然后每条链充当用于酶促合成互补链的模板。因此整个过程导致每个亲本染色体的两个拷贝的产生，其在两个子细胞之间平均分布。在许多细菌物种中，包括大肠杆菌(只有一个圆形染色体)，生成时间实际上短于完全复制染色体所需的时间。微生物通过在前一个DNA终止之前启动第二轮DNA复制来实现这一壮举。结果，子细胞含有染色体，在细胞分裂时已经进行了新一轮的复制。这种细胞增殖模式被称为“多因子”复制，因为每个复制分子将包含几个复制叉。

人们一直认为，棒状细菌生长速度足够慢，以确保其染色体在细胞分裂发生前有足够的时间完全复制 - 因此该属的成员不会利用多重复制。LMU的研究人员在高分辨率显微镜的帮助下观察了多代中谷氨酸棒杆菌细胞的生长情况。令他们惊讶的是，他们发现该物种实际上能够实现DNA复制的多重模式。“这是一项重大发现，因为它意味着原则上应该可以提高谷氨酸棒杆菌的生长速度，”Bramkamp说。“无论如何，它的DNA复制率不是限制因素。”

此外，新的研究表明，谷氨酸棒杆菌细胞通常含有两组完整的染色体(因此是'二倍体')，而绝大多数细菌物种被认为只含有一种。二倍体条件赋予许多优点。例如，它有助于双链DNA断裂的愈合和其他类型的DNA损伤，因为染色体的未受影响的拷贝可以作为修复过程的模板。这对暴露于潜在DNA损伤影响(如紫外线)的细菌特别重要。因此，新研究的作者认为谷氨酸棒杆菌的二倍体特征代表了对高水平环境压力的适应。

谷氨酸棒杆菌也与许多临床上重要的病原体密切相关，包括导致白喉，肺结核或麻风病等传染病的物种。“由于密切相关的生物体中的基本细胞生物学过程通常具有相似的结构，我们的发现应该使我们能够对这些病原体的生长方式做出可靠的预测，”Bramkamp指出。他和他的同事认为，他们的研究结果也将有助于开发基于抑制DNA复制的棒状杆菌感染的新疗法。

郑重声明：本文版权归原作者所有，转载文章仅为传播更多信息之目的，如有侵权行为，请第一时间联系我们修改或删除，多谢。