霍华德·休斯医学研究所 新的冷冻电子显微镜实验显示，古菌的脱氧核糖核酸形成线圈，在溶液中会散开
信用:S
鲍维尔曼等人
/eLife 2021 新的冷冻电子显微镜图像显示，古菌将它们的染色质包装成可以弹开的紧密线圈，形成意想不到的扭曲
在一些单细胞生物中，DNA像弹簧一样盘绕，像书一样打开
霍华德·休斯医学研究所(HHMI)研究员卡罗林·卢格在2021年3月2日的《生命》杂志上报道说，被称为古菌的微生物将它们的遗传物质包装成灵活的形状，以不同寻常的方式打开
科罗拉多大学博尔德分校的生物化学家卢格说:“令我们非常惊讶的是，我们发现这些结构可以经受各种各样的锻炼。”
像人类细胞核中的脱氧核糖核酸一样，古细菌的脱氧核糖核酸像缠绕溜溜球的绳子一样缠绕着蛋白质
但是研究小组发现，还有一个问题
这些脱氧核糖核酸线圈也可以相隔90度传播——这是科学家们以前从未见过的现象
卢格认为，这种类似弹簧的结构的弯曲可能会让古细菌蛋白质悄悄靠近脱氧核糖核酸，并打开和关闭基因
(她说，科学家目前还不明白这些“slinkies”扮演什么角色
) 不知道其他生命形式的脱氧核糖核酸是否会经历类似的扭曲，分子生物学家史蒂夫·海宁科夫说，他是弗雷德·哈钦森癌症研究中心的HHMI研究员，没有参与这项新工作
但是，他说，这个团队的工作“当然为一种新的有趣的获取基因的方式提供了一个令人信服的案例”
" 荣誉:霍华德·休斯医学研究所 与真核生物和细菌一样，古细菌是生命的三个领域之一
这些微生物是幸存者——它们生活在各种极端环境中，包括足以烧开水的深海热液喷口和充满盐分的咸水湖
但是科学家们正在了解到古细菌也更加广泛
“你可以走出去，从人行道的裂缝中刮出一些泥土，”卢格说
2017年，卢格的团队发现古菌弯曲其DNA的方式与人类和其他复杂生物的弯曲方式几乎相同
人、植物、动物和真菌都将脱氧核糖核酸缠绕在被称为组蛋白的蛋白质周围
这是一种包装技巧，可以帮助细胞将长达两米的脱氧核糖核酸塞进细胞核
该小组的发现暗示基因组包装可能起源于古细菌，一种缺乏细胞核的生物
晶体结构实验显示，古细菌的脱氧核糖核酸和蛋白质形成了像蛇一样的线圈
但是，同样在科罗拉多大学博尔德分校的这项研究的主要作者萨姆·鲍维尔曼说，晶体结构只是在非自然环境中及时捕捉到了一个快照
“问题是，这些链接真的存在于解决方案中吗？他们拉伸和弯曲吗？” 古细菌DNA(灰色和蓝色)缠绕在蛋白质(粉色和紫色)周围的计算机模拟表明，螺旋结构是灵活的
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鲍维尔曼等人
/eLife 2021 研究小组开始观察古菌DNA在更像细胞内部的环境中是如何表现的
计算机模拟表明，脱氧核糖核酸线圈可能会分散开一点，但“我们认为它们只会形成超长、不间断的链状结构，”鲍维尔曼说
最先进的冷冻电子显微镜是一种电子显微镜，让研究人员在不同的溶液中检查古细菌的脱氧核糖核酸
卢格说，这些实验原本是打算作为物理学家鲍维尔曼学习生物化学和结构生物学的培训项目
但是他们一看到结果，“我们就知道我们遇到了意想不到的奇怪事情，”她说
在某些情况下，脱氧核糖核酸像预期的那样盘绕在一起
在其他情况下，线圈戏剧性地扭曲，像蛤壳一样打开
以这种方式弯曲微小的脱氧核糖核酸可能会暴露特定的古菌基因，然后细胞可以关闭或打开这些基因
这将与复杂生物中发生的情况形成鲜明对比，复杂生物使用专门的蛋白质来解开基因组脱氧核糖核酸，并获得特定的基因
鲍维尔曼指出，这个想法仍然需要在古细菌细胞的研究中得到证实，而不是溶液中的脱氧核糖核酸
该团队还想找出这些可弯曲的基因链到底有多普遍
卢格说，研究古细菌等奇怪的生物可以帮助科学家回答关于多细胞生命的问题
“为了获得基础知识，有时隔着栅栏偷看邻居在做什么是很重要的
"
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