研究人员使用简化的生物系统开发出一种“分子针”

极简主义是一种越来越受欢迎的生活方式选择，它鼓励个人减少所拥有的总拥有数量并且更简单地生活。根据极简主义哲学，减少不必要的混乱使人们能够过上更加功能和有目的的生活。IMP-IMBA集团领导者和结构系统生物学中心科学家Thomas Marlovits与麻省理工学院(MIT)的同事合作，发现极简主义方法也可应用于复杂的生物系统，如III型分泌系统。这项合作研究的结果发表在科学期刊Nature Communications上。

III型分泌系统(T3SS)是在革兰氏阴性细菌中发现的针状分子机器，其将病原性蛋白质从细菌转运至人宿主细胞，从而引发感染。该系统中的蛋白质受到严格调节，TSS3的调节元件根据细菌的周围环境而变化很大。例如，导致食物中毒的沙门氏菌将其致病蛋白分泌到人体肠道细胞中。“我们问自己的问题是：我们能否从这个复杂的生物系统中删除所有的调控元素，并使用基本的遗传原理重建(重构)针复合体?”Marlovits解释道。

为了实现这一目标，麻省理工学院的科学家利用合成生物学重建了沙门氏菌针复合体。使用自下而上的方法，编码和非编码DNA被合成部分替换或改变，科学家们能够创建一个超简化的“遗传岛”。然后使用传统的生物化学方法在波士顿和维也纳的实验室中测试了该岛的功能。然后，Marlovits实验室使用电子显微镜观察整个系统的完整性。“在这三年的研究过程中，需要进行多轮调试才能生成一个功能齐全的系统，”Marlovits解释说“这是合成生物学第一次成功应用于这样一个复杂的系统。以前的系统已经重构只包含三到四种蛋白质;

这种简化的TSS3的开发表明，系统的任何内在调节特征都不需要产生功能性针头复合体，并且可以与其他针头复合物交换。消除这种监管“混乱”不仅导致发现内部起始位点和小RNA所发挥的基本功能作用，而且还揭示了有关监管要素本身的关键见解。虽然没有直接参与功能，但可能存在监管以确保有效利用细胞资源，并且还可以增加TSS3可以起作用的环境条件的数量。

重构的TSS3可以作为生物技术的新工具。这种简化的针头复合物可以插入其他细菌中，然后通过内置的调节元件打开，该元件充当分子开关。“TSS3可用作新型药剂或疫苗的输送装置，”Marlovits解释说，“未来的研究将探索将这种重构的TSS3置于新环境中的可能性。”

这种理解复杂生物系统的简约方法可能成为CSSB科学家必不可少的新工具。“理解宿主病原体相互作用的机制如何影响生物系统是CSSB的主要目标之一。这种新方法为我们提供了一种独特的方式，可以帮助我们发现能够帮助我们发现新元素的系统，”Marlovits说。

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