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科学家揭示了细菌DNA中隐藏的结构

2019-01-02 09:26:36 • 来源：

DNA包含基因内编码的生命指令。在所有细胞中，DNA被组织成非常长的长度，称为染色体。在动物和植物细胞中，这些是双端的，如细绳或鞋带，但在细菌中它们是圆形的。无论是细长的还是圆形的，这些长染色体必须在细胞内组织和包装，以便在需要时可以打开或关闭基因。

科学家揭示了细菌DNA中隐藏的结构

ICREA研究教授，基因组调控中心生物系统设计实验室负责人Luis Serrano领导的研究人员与西班牙，日本和澳大利亚的同事一起工作，他们将注意力集中在有机体内的DNA组织上。小基因组 - 肺炎病原体肺炎支原体。它的圆形染色体比大肠杆菌大肠杆菌的大五倍小。

研究人员利用一种名为Hi-C *的技术揭示了不同DNA片段之间的相互作用，创造了支原体染色体的三维“图谱” 。然后，他们使用超分辨率显微镜来证明这个计算机生成的地图与细菌细胞内的真实染色体组织相匹配。

值得注意的是，CRG团队利用塞拉诺实验室的支原体专家和CREG-CRG的ICREA研究教授Marc Marti-Renom的合作，发现支原体的圆形染色体在所有的情况下始终以相同的方式组织。细胞，在结构的一端有一个叫做Origin(开始DNA复制的区域)的区域，染色体的中点位于另一端。这与在一些其他较大的细菌物种中看到的类似。

科学家们还使用Hi-C技术研究支原体基因组内更详细的组织模式。近年来，世界各地的科学家们已经研究了从较大的细菌到人类的细胞内细胞内染色体的组织。新一代测序技术使科学家能够“读取”任何基因组的DNA序列，但这并未揭示遗传信息如何在细胞内拥挤和繁忙的生物环境中进行管理和组织。现在，新工具揭示了较大生物基因组中复杂的组织结构，染色体的某些区域聚集在一起形成含有一起打开或关闭的基因的结构域。

然而，人们认为这些结构域不会在支原体中发现，因为它的基因组非常小，只有大约20种不同的DNA结合蛋白负责组织染色体，而其他细菌种类则需要数百种。有趣的是，CRG团队发现即使是微小的支原体染色体也被组织成不同的结构域，每个结构域都包含以协调方式打开或关闭的基因。

文章的第一作者玛丽·特鲁萨特说：“用这么小的基因组研究细菌是一项重大的技术挑战，特别是因为我们使用的是超分辨率显微镜，我们花了五年时间才完成这个项目。我们怀疑那支原体基因组可能与其他细菌具有相似的整体组织，但我们完全惊讶地发现它也被组织成域，这可以被认为是染色质组织的调节单元，并且我们已经确定了先前未知的基因调控层。这项研究表明，仅通过观察基因组中DNA的线性序列就无法理解基因的组织和控制。实际上，为了全面了解基因调控，我们需要研究染色质的三维组织，它也能协调基因活动。“

这一发现表明，这种组织和遗传控制水平对于所有活细胞都是共同的，从最大到最小，并且可以用少量的DNA结合蛋白和DNA本身的结构特性来实现。

CRG团队长期致力于从各个层面对肺炎支原体进行详细的定量分析：从遗传学到代谢，包括基因活性和蛋白质组成的模式等等。他们计划利用这些研究结果来研究控制和操纵基因工程中基因活动的研究，这些细菌具有许多重要的医学和工业应用。

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