是谁塑造了细胞的形状?答案超乎想象

【字体: 时间:2018年02月11日 来源:生物通

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  像气球充气一样,DNA影响细胞结构!

  

细胞是生命的基本单元,虽然它们堪称被现代科学研究得最仔细的生命组件,然而,许多基本进程细节都还是个谜,比如一个很基本的问题,细胞的卵形形状是如何形成的?

这个问题处于生物学和物理学的交叉点上,加州大学圣地亚哥分校(UCSD)的科学家们对此很感兴趣,他们实验结果有点出人意料地展现了细胞形成的根源。

被“充气”的前芽孢细胞示意图

2月8日《Cell》报道,DNA除了编码遗传信息,还能给细胞“充气”。“我们的研究表明,DNA就像气球中的空气,能使细胞膨胀,”UCSD生物科学系助理研究员、本文一作Lopez-Garrido说。“DNA是家喻户晓的遗传物质,实验结果表明,它还做了其他与之无关的事情。”

经过数万年进化,现代细菌已经具备各种机制来控制内部压力,Lopez-Garrido说。然而,要知道这些机制在地球生命之初的原始细胞中是不存在的。

“生物学家过去认为,细胞生长是遵循正常的生物合成途径,”文章通讯作者分子生物学教授Kit Pogliano说。“但是,突破我们想象的是,细胞生长只需利用DNA和与DNA相关的带正电离子填充,然后制造更多膜类结构使其变大,似乎并不需要别的东西了。”


研究人员利用延时荧光显微镜,系统地追踪了枯草芽孢杆菌细胞形成过程。在这个被称为孢子形成(sporulation)的过程中,细胞分裂成一个母细胞和一个较小的细胞,小的那个被称作前芽孢(forespore)。使用低温电子断层扫描捕获特写镜头,研究人员亲眼目睹了母细胞通过拉伸和膨胀DNA使前芽孢膨胀,直至生成一个全新的、卵形细胞。

冷冻电子断层扫描(Cryo-electron tomography)下的前芽孢。“充气”膨胀的(左);因缺乏DNA而“泄气”瘪掉的(右)

“令人惊讶的是,这只是一个非常简单的生物物理特性影响细胞形状的独特例子,”Pogliano.说。“这彰显了物理学家与生物学家需要密切合作的价值所在,物理学和生物学的交叉点必然是未来科学发展的一个巨大领域。”

原文检索:Chromosome Translocation Inflates Bacillus Forespores and Impacts Cellular Morphology

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(生物通:伍松)

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