研究人员针对保护细菌DNA食谱的蛋白质

细菌引起许多严重疾病，从食物中毒到肺炎。科学家们面临的挑战是，引起疾病的细菌非常有弹性。例如，当像大肠杆菌(大肠杆菌)这样的细菌经历饥饿时，它们会大量重组细菌DNA，使它们能够在压力条件下存活下来。

为了实现这一壮举并提高其存活机会，大肠杆菌菌株显着增加了一种称为Dps的蛋白质的数量，这种蛋白质将细菌DNA压缩成致密的水晶状复合物并保护其免受损伤。虽然之前的研究表明Dps是保护细菌免于饥饿和其他压力因素的原因，研究人员并不知道这种特殊蛋白质是如何起作用的。

在Cell发表的一篇新论文中，罗切斯特大学生物学副教授Anne Meyer和研究助理Elio Abbondanzieri以及其他同事描述了Dps的一些独特特征，这些特征帮助细菌在压力条件下生存。他们的研究可能有助于导致更有针对性的抗生素和其他药物治疗。

细胞内的“食谱”

想象一下，细胞中的每条DNA链都是单独的食谱。为了制作头发，你会拔出头发食谱卡。为了消化你的食物，你会按照消化食谱卡并在该食谱中表达基因“成分”。但是，当你正在做饭时，你不想让所有的食谱同时在厨房里进行，所以你要将它们存放在食谱盒中，然后拉出你需要的食谱来保护它们。

高等生物如植物和动物中的细胞不含Dps。然而，根据Abbondanzieri的说法，他们做了类似的事情。“当他们不需要时，他们打包并压缩基因组的部分，就像存放在盒子里的食谱一样。压实可以帮助保护DNA免受损害，因为DNA被”封闭“在细胞质的其他部分。

每当DNA在高等生物中被压实时，压实的基因就不太可能被表达。研究人员认为，当细菌DNA被Dps压实时，它们会在细菌(一种较低的生物体)中看到同样的效果。

“由于我们知道Dps压缩细菌DNA，我们认为这种压缩很可能会导致表达的基因发生重大变化，”Meyer说。

“但我们没有看到这一点。”

意外的结果

虽然Dps确实压缩了细菌DNA，但压实对基因的表达没有任何影响。表达或转录基因-RNA聚合酶(RNAP)的酶能够与DNA结合并同样表达基因，无论DNA在压力期间是否被Dps浓缩。

“细菌与我们在高等生物中看到的不同，因为它们的'食谱'仍然可以读取，即使它们在食谱盒中，”Meyer说。“即使它们被压实和保护，它们仍然可以被表达。大肠杆菌是第一个我们看到强烈压实而基因表达无变化的细菌例子。”

那么Dps的主要作用是什么，如果基因表达被保留，细菌DNA是否被压缩?

研究人员观察到，虽然RNAP仍可完全接触Dps压缩的DNA，但其他可切割和损伤DNA的蛋白质则完全被阻断。因此，他们推测Dps可以浓缩细菌DNA以保护DNA不被破坏或突变，同时仍允许细菌表达帮助其抵抗压力条件的基因。

如果是这种情况，当Dps与DNA结合时，Dps的保护作用会进一步增强。例如，Dps可以中和铁，这是一种对DNA造成广泛损害的元素。

有针对性的抗生素和药物治疗

认识到Dps的影响可能会导致更有针对性的抗生素的发展。

“许多致病性细菌，包括那些负责食物中毒，泌尿道感染，克罗恩病，靠的Dps在其宿主的生存，”迈尔说。“我们的研究表明，如果你想针对Dps作用，你需要直接阻断其DNA结合或铁氧化。”

迈耶还指出，该研究可能会导致激进的新疗法，这些新疗法采用Dps作为屏障，在高压力环境中保护人类DNA，例如高辐射区域。

Dps是否可以用于人类或其他高等生物以保护DNA，同时仍允许其执行其他功能?

梅耶说：“我不知道这是否有效，但我认为在实验室环境中尝试是非常有趣的。”