《Cell》如何保护“DNA食谱”？科学家们观察到了一个反常现象

　　

细菌导致许多严重疾病，像食物中毒、肺炎等等。科学家面临的挑战是致病细菌具有非凡的“灵活性”，例如，当大肠杆菌遭受饥饿时，它们会大量重组DNA，使其在压力状态下继续生存。

为了实现提高生存率的壮举，大肠杆菌显著提高了一种被称为Dps的蛋白质表达，这种蛋白将DNA压缩成致密的晶体状复合物保护它们免受伤害。

之前的研究表明，Dps是保护细菌免受饥饿等其他压力致死的原因，但是，事实上研究人员并不清楚这种特殊蛋白质是如何工作的。

《Cell》杂志发表了一篇文章，罗切斯特大学生物系副教授Anne Meyer和助理研究员Elio Abbondanzieri等人描述了Dps的一些独特特性，这些特性可以帮助细菌在有压力的条件下生存，他们的研究将助力更有针对性的抗生素和药物研制。

想象一下，你的细胞中，每一股DNA都是一张食谱，为了制造头发，你从中挑选配制头发的食谱，为了消化食物，你遵循消化“食谱卡片”，表达所需成分。然而，当你做饭时，你不会把所有食谱都散落在厨房操作台上，你需要把它们放置在一个橱柜里，然后按照需要取出你现在要的那张。

高等生物（植物、动物）细胞中不含Dps，然而，据Abbondanzieri说，这些细胞也有类似的机制——当DNA不被需要时，它们就会被压缩至基因组的“储存盒”中，压缩这些DNA可以保护它们免遭破坏。

当DNA被高等生物细胞压缩时，紧致的基因就不太可能被表达。研究人员认为，当细菌DNA被Dps压缩时，在低等生物中也可看到同样的效果。

“我们本来以为Dps压缩细菌DNA可能会导致基因表达的巨大改变，”Meyer说。“然而，我们并没有看到这一现象。”

出乎意料的结果

虽然Dps确实使细菌DNA致密化，但压紧对基因表达没有任何影响。表达或转录基因的酶，RNA聚合酶（RNAP）依然能够与DNA结合并表达它们，无论DNA在压力状态下是否有被Dps浓缩。

“细菌的食谱依然可被阅读，这与高等生物不同，”Meyer说。“我们在大肠杆菌中看到，基因表达根本没有因为强制压缩而改变。”

这就导致了一个疑问，不管细菌DNA是否被压缩，它们的表达不受影响，那么Dps的主要作用是什么呢？

研究人员观察到，虽然RNAP仍能访问被紧缩的DNA，但切割和损害DNA的蛋白质则完全被阻挡在外。因此，他们认为，Dps通过凝结细菌DNA使它们不被破坏或突变，同时依然开放基因表达以应对压力。

当Dps与DNA结合后，它的保护作用被进一步增强。例如，Dps可以中和铁离子（对DNA造成广泛损伤的一种元素）。

靶向抗生素与药物治疗

“许多致病细菌，例如引起食物中毒和尿路感染的那些，都依靠Dps在宿主体内存活，”Meyer说。“我们的研究表明，如果你想靶向Dps，你可能需要直接阻断它与DNA结合或与铁结合。”

Meyer还指出，反过来，用Dps做保护剂，也许可以使人类DNA在高压环境下（如辐射水平高的地区）更好的得以保存。

在人类或其他高等生物中，Dps仍然可以做到保护DNA且允许DNA执行其他功能吗？“我不知道这是否可行，但我认为在实验室里试一试将会很有意思，”Meyer说。

原文检索：Global DNA Compaction in Stationary-Phase Bacteria Does Not Affect Transcription

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（生物通：伍松）