打破基本法则：细菌居然也有组蛋白？不同以往的DNA包装方式！

一些细菌似乎把它们的基因组包裹在一种叫做组蛋白的蛋白质中，一般人们认为组蛋白不存在于细菌细胞中。

　　

一项关于细菌的惊人发现表明，一些物种用一种奇怪的方式来包装染色体和调节基因表达，它们使用的是直到最近还被认为根本不存在于细菌中的蛋白质。

在1月26日发布在bioRxiv上的一篇预印本中，研究人员报告了一种组蛋白的蛋白质特征，在两种细菌物种中，这些蛋白质似乎结合在一起包裹在细菌染色体的区域。这与在其他生物中看到的组蛋白排列完全不同。例如，在被称为真核生物的生物中，其细胞有一个以膜为界的细胞核，DNA缠绕在组蛋白周围，而不是被它们包裹。

尽管组蛋白在真核生物和被称为古生菌的微生物中是维持染色体结构和控制基因活性的重要工具，但多年来，人们普遍认为它们在细菌中并不存在。

但随着越来越多的细菌基因组序列出现，组蛋白特征序列的发现对这一假设提出了挑战。荷兰莱顿大学的生物化学家和微生物学家Remus Dame说:“但是没有人对它们进行过特征描述或功能研究。这绝对是新鲜有趣的东西。”

统一的结构

科罗拉多大学博尔德分校的生物化学家Karolin Luger说，真核生物组蛋白在结构和功能上非常一致——这种一致性可能会让想要研究组蛋白进化的研究人员感到沮丧。“如果你想要了解进化的起源，你不能去寻找‘原始的’真核生物。因为它已经拥有了一切。”

伦敦帝国理工学院的分子进化生物学家Tobias Warnecke说，缺乏多样性也给合成生物学家在寻找控制基因表达的新方法时提出了问题。“染色质的基本组成和基因表达的工作方式在真核生物中非常相似，然后你开始怀疑，‘这是一个统一的意外吗?’组蛋白是否有什么特别之处使它们独一无二，或者我们可以以不同的方式构建系统?”

最近对古生物组蛋白的探索产生了更多样化的系统，Warnecke和同样在帝国理工学院的系统生物学家Antoine Hocher决定看看细菌组蛋白样蛋白可能会有什么惊喜。他们与Luger等其他合作者一起，研究了两种可以在实验室中很容易培养的蛋白质：病原体Leptospira interrogans和一种叫做Bdellovibrio bacteriovorus的捕食性细菌。这种细菌会渗透到较大的细菌中，并从内部消化它们，切割猎物的DNA和蛋白质，作为复制自身的基础。

当研究人员从B. bacteriovorus中分离出组蛋白并分析其结构时，无论是它本身还是它与DNA相互作用时，他们惊讶地发现它的行为不像任何已知的来自古生菌或真核生物的组蛋白。细菌组蛋白成对聚集在DNA链周围。这些长链的组蛋白可以作为DNA的保护层，这与它们在真核生物中的功能有明显的不同，在真核生物中，组蛋白聚集在一起形成一个线轴，DNA绕着它旋转。“我被震撼到了，”Luger说。

保护性蛋白质

Dame说，这是一个惊人的发现，但目前还不清楚这种结构是否反映了组蛋白和DNA在细菌细胞中的相互作用，或者它是否是在实验室中与分离的蛋白质一起工作的人工产物。

目前，研究人员只能推测组蛋白可能在做什么，以及它们不同寻常的作用方式如何帮助细菌生存。Warnecke说，对于B. bacteriovorus来说，组蛋白可以保护DNA，使其免受猎物碎片基因组的干扰。

比利时鲁汶天主教大学的微生物学家Géraldine Laloux指出，这种细菌在自由游动阶段，即在感染猎物之前，也以DNA紧密包裹而闻名。Laloux说:“我们一直想知道是什么驱动了这种非常强的压缩，以及它是如何解压缩的。这种独特的结合DNA的方式可能会带来新的见解。”

作为研究的一部分，研究人员调查了数千个细菌基因组。他们在大约2%的基因组中发现了组蛋白样蛋白，这表明还有许多其他系统需要研究。“大家会说‘哦，细菌不应该有组蛋白’，但如果你研究微生物进化，你知道，如果你足够努力，就会发现一些不同之处。”

原文标题：

Histone-organized chromatin in bacteria