分子魔术贴有助于照亮DNA修复

利用一块分子“魔术贴”将发光探针连接到蛋白质分子上，卧龙岗大学(UOW)的研究人员揭开了一个重要蛋白质如何修复细菌中受损DNA的神秘面纱，这对于了解抗生素是如何产生影响的阻力发展。就像紧急服务中心如何协调各种应急响应团队一样，当DNA被损坏时，蛋白质RecA会发挥作用。RecA发出SOS警报，超过40种不同的基因响应号召性用语。它评估损坏的程度和需要的维修，并协调损坏现场的维修活动。

然而，分子视野研究员和研究主要作者Harshad Ghodke博士说，修复过程可能会产生突变。虽然RecA激活或打开了不会引入错误的各种修复机制，但它也会启动引入错误的机制，同时复制DNA作为帮助细胞存活的最后尝试。不幸的是，这个过程可能导致DNA序列的关键变化。

“这些变化或突变不再被认为是错误，新序列在新一代细胞中被复制。它不会恢复到原来的形式，”Ghodke博士说。这产生了治疗细菌感染的问题。当抗生素开始杀死细菌时，RecA猛扑帮助细胞在抗生素治疗中存活下来，现在存活的细胞具有潜在的抗生素抗性突变，使药物无效。

到目前为止，研究人员难以理解RecA如何完成其工作，并且可能设计出能够对抗其修复工作的药物，因为没有人能够看到活细胞内的修复活动究竟发生在哪里。

“RecA围绕单链DNA形成细丝，然后发出SOS反应信号，”Ghodke博士说。“通常情况下，研究人员会在RecA上附上一个明亮的荧光标签，这样他们就可以在工作时拍摄它。但是附带的标签，RecA不能很好地完成它的工作，并且不会像在细胞环境。“来自标签的荧光信号还使得难以区分主动参与修复工作的RecA和等待紧急呼叫的空闲或存储在小区中的RecA。

“想象一下，你可以看到一个城市的航拍照片，你只能在下面看到消防车。你无法分辨他们是否正在积极灭火或等待消防局的电话。如果我们只想看到消防车在在燃烧的建筑物的位置，你可以将灯安装在消防栓上，以便在消防车连接时将它们打开，并得出相邻建筑物着火的结论。

“我们通过可视化RecA细丝做了类似的事情。我们使用了一种与RecA细丝自然相互作用的病毒蛋白质，因此它不会干扰它如何工作，同时点亮RecA细丝，因为它参与了损伤反应。 “

为了帮助想象这种激进的新方法来阐明活体大肠杆菌细胞内的DNA 修复过程，研究人员转向3D打印来创建RecA的物理模型，使他们能够看到它的形状和形状。

Molecular Horizons总监，着名教授Antoine van Oijen说，生物过程的关键在于思考结构和形状。“我们从成像中了解到，蛋白质是动态物体。如果我们将它们视为三维结构，我们就可以开始想象它们如何变化以及导致这些变化的原因，从而更清楚地了解这些蛋白质是如何起作用的。

“通过物理结构，您可以看到连接其他蛋白质的界面和设计方法。然后使用复杂的成像工具，我们可以拍摄短片，这是第一次真正告诉我们它们是如何工作的。”

van Oijen教授说，团队解决的难题的关键部分为克服抗生素抗性的新药物治疗铺平了道路。

在某些情况下，突变细胞使药物失活或不再具有药物分子正在寻找的目标蛋白质，并且不会破坏流氓细胞。

“抗生素耐药性是一个非常重要的全球性挑战。我们不想完全摆脱抗生素，因为当它们起作用时它们非常有效。如果我们可以想象这些过程，我们就可以理解分子与结构之间的物理联系。蛋白质和可能设计的新药物可以防止细菌细胞产生抗药性。“

该研究发表在eLife期刊上。

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