人体细胞 耐寒微生物有着共同的祖先

对于Tom Santangelo来说，称为古细菌的单细胞微生物就像古代水手一样，在地球上最极端的条件下生存，包括深海的火山口。科罗拉多州立大学的研究人员研究了这些耐寒微生物 - 它们构成生命三个幸存领域之一 - 如何表达它们的基因，产生能量，并在炎热，无光的环境中茁壮成长。事实证明，毕竟，从古生物学到生物化学，我们并没有那么不同。

生物化学与分子生物学系副教授Santangelo是一个团队，他们发现古细胞和更复杂细胞(包括人类和动物)如何包装和储存其遗传物质之间存在惊人的相似之处。今年早些时候在“科学”杂志上发表的这项突破性研究证明，古细菌和真核细胞具有共同的机制来压缩，组织和构建其基因组。

该研究由Karolin Luger领导，他现在是科罗拉多大学博尔德分校的结构生物学家。在1999年至2015年期间，Luger是科罗拉多州立大学的教员，完成了大部分科学报告的结果。

DNA，组蛋白，核小体，染色质

一点点高中生物学评论：真核生物是具有细胞核和膜结合细胞器的细胞，它们包括真菌，植物和动物 - 包括人类细胞。由于没有核心，它们与它们不那么复杂的对应物，原核生物分开。虽然古细菌和细菌都是原核生物，但它们只是远亲相关。古细菌可能是真核生物的祖先，并且共享许多控制基因表达的蛋白质。

生命中最基本的过程之一 - DNA弯曲，折叠和将其自身融入细胞核的机制 - 在所有真核生物中都很常见，从微观原生生物到植物再到人类。

在每个真核细胞的细胞核内包装有几英尺的遗传物质，以非常特殊的方式进行压实。DNA的一小部分被包裹起来，就像线轴周围的线程一样，大约是八个称为组蛋白的小蛋白质的两倍。这整个DNA-组蛋白复合物被称为核小体，一串压缩的核小体被称为染色质。1997年，Luger及其同事首次通过X射线晶体学报道了真核小体的确切结构。

'Gnarly'晶体学

科学论文合作者John Reeve在20世纪90年代发现，组蛋白不仅限于真核生物，而且还存在于无核的古细胞中。Reeves和Luger开始合作，以结晶基于组蛋白的古细菌染色质，并将该结构与真核染色质进行比较。

经过多年的停止和开始，麻烦增长可靠的古菌组蛋白晶体 - 卢格称之为“巨大的晶体学问题” - 科学家们成功地解析了古细菌染色质的结构，揭示了其与真核生物的结构相似性。

'具有生物学意义'的结构

在数据中，古细菌DNA似乎形成长而弯曲的重复超灵。研究人员不确定结构是真实的，还是实验的人工制品。这就是Santagelo在科罗拉多州立大学的团队提供关键专业知识的地方。“我的小组接受了确定结晶中结构是否代表具有生物学意义的结构的挑战，”他说。

Santangelo的团队制作了古菌组蛋白的变体，并测试了细胞的表现，因为它们破坏了DNA超螺旋体。他们发现，他们越不稳定结构，细胞越来越严重。他们的努力强调了Luger团队所确定的结构的优点。

作为一个团队的一员，他们提供了如此基本的洞察力，作为我们细胞的祖先，是Santangelo职业生涯中最有价值的时刻之一。

“我认为，论文的主要影响是将DNA压缩到这些结构中的想法是一个非常古老的想法 - 可能超过10亿年，”Santangelo说。“组蛋白蛋白质出现在现场，一旦它们进入并开始包装基因组，它们在很大程度上使它们成为编码它们的那些细胞必不可少的。”

Santangelo将继续研究古细菌的结构，功能和能量交易 - 古代水手现在明确地代表了人类细胞活动的祖先原型。