细菌超级机器显示流线型蛋白质装配线

细胞中存在许多对生命至关重要的过程。其中两个，转录和翻译，允许存储在DNA中的遗传信息被破译成形成所有生物的蛋白质，从细菌到人类再到植物。

半个世纪以来，科学家们已经知道这两种过程是在细菌中结合在一起的，但直到现在他们才终于看到了使这种过程成为可能的结构。在今天发表在“科学”杂志上的一篇论文中，来自威斯康星大学麦迪逊分校和德国生物物理化学马克斯普朗克研究所(MPI)的生物化学家揭示了所谓的“表达组织”的定义架构。

研究人员表示，使用模型细菌大肠杆菌的这项工作可以为研究细菌如何影响人类健康打开许多大门，包括更好地了解基因调控和新抗生素的可能开发。

“这种复合物在细菌中的存在已基于证据得到假设，但没有人记录它存在，”威斯康星大学麦迪逊分校生物化学系教授，该研究的作者罗伯特兰迪克解释道。“这是第一次证明你可以用这两台相当复杂的机器组成一台大型超级蜂窝机器。”

转录过程利用称为RNA聚合酶的酶将DNA转化为RNA。在此过程之后，另一种称为核糖体的分子机器将RNA(更具体地称为信使RNA)转化为细菌可用于运作的蛋白质。

在细菌表达组中，聚合酶和核糖体形成一个复杂的结构，以耦合的方式进行这两个过程，这个新解决的结构提供了这种情况的快照，生物化学研究科学家和合着者Rachel Mooney说。在纸上。

转录和翻译也发生在动物和人类身上，但它们不像细菌那样偶联。相反，它们发生在细胞的两个物理上不同的部分。研究人员说，如果科学家能够找到破坏表达组的方法，他们可能能够开发出针对细菌的药物，但不会让人体细胞受到伤害。

“任何时候你在这样的研究中找到一个新的界面，比如聚合酶和核糖体聚集在一起，那个界面就成了药物的目标，”Landick说。“如果你能找到破坏它的东西，它可以与其他抗生素协同作用或单独使用。”

Landick补充说，这一发现还延伸到微生物组的研究，即人体内部和周围的微生物群落。正在进行的研究表明，微生物组对人类健康的重要性以及对这些微生物群落中基因调控的理解是这些努力的关键部分。表达式现在为这种理解提供了基本的构建块。

他说：“我们倾向于将人类生物学视为人类细胞中发生的事情，但人体细胞至少和人体细胞一样多。”“大肠杆菌在那里可能并不普遍，但我们将其用作模型，将我们的研究扩展到对人类过程至关重要的其他细菌。”

Landick和Mooney与Rebecca Kohler和MPI的董事Patrick Cramer合作。德国团队的设备帮助解决了表达组的结构，该组合使用由威斯康星大学麦迪逊分校提供的RNA聚合酶组装而成。

“这是如何进行跨学科项目的一个很好的例子，”克莱默说。“我们的工作解释了旧观察，即这两个过程 - 转录和翻译 - 都在这些细胞中耦合。”

研究人员也对这个综合体的起源感兴趣。为什么这些过程在细菌中耦合，而不是像人类这样的生物，是进化中的一个案例研究。

“对它的一个看法是简单地认识到细菌比我们更进化，”Landick解释说。“这是违反直觉的，但从技术上来说，他们已经拥有了比我们更多的世代。细菌所面临的进化压力导致了这种非常简化和有效的方式出现，将DNA转化为蛋白质。”

对于兰迪克来说，这项工作也有重要的联系。着名的威斯康星大学麦迪逊生物化学家Gobind Khorana因其在基因行动的分子基础上的工作而于1968年获得诺贝尔奖，而Landick的灵感来自他在生物化学和分子生物学领域的工作。

“在我们的部门，Khorana做了一些非常开创性的研究，定义了遗传密码以及DNA中编码的信息如何传播并转化为蛋白质，这种范式被称为分子生物学的核心教条，”他说。“在他之后的几年里，其他人也是如此。对于同样的目标进行类似的研究是非常令人兴奋的。”

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