發(fā)現(xiàn)病毒操縱細(xì)菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)機(jī)制
在一項(xiàng)新的研究中，來自美國加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究人員描述非常大的病毒在感染期間如何重編程細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的結(jié)構(gòu)。這一重編程過程讓這些外來入侵的病毒誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生上百個(gè)新的病毒，zui終讓它們感染的細(xì)胞因發(fā)生爆裂而死亡。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2017年1月13日那期Science期刊上，論文標(biāo)題為“Assembly of a nucleus-like structure during viral replication in bacteria”。
在開展一系列實(shí)驗(yàn)后，研究人員詳細(xì)地觀察到當(dāng)入侵的病毒進(jìn)行復(fù)制時(shí)細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)部到底發(fā)生了什么。
論文通信作者、加州大學(xué)圣地亞哥分校分子生物學(xué)教授Joe Pogliano說，“科學(xué)家們幾百年來一直在研究病毒，但是在此之前，我們從未觀察到這一點(diǎn)。我們開展的每個(gè)實(shí)驗(yàn)都獲得新的激動(dòng)人心的發(fā)現(xiàn)。”
感染細(xì)菌的病毒，也被稱作噬菌體，是地球上數(shù)量zui多的實(shí)體之一。
論文共同作者、加州大學(xué)圣地亞哥分校分子生物學(xué)教授Kit Pogliano說，“我們選擇研究一類非常大的噬菌體，并且采用前沿的方法以的細(xì)節(jié)觀察它們的復(fù)制。”
Joe Pogliano和他的同事們發(fā)現(xiàn)在噬菌體感染細(xì)菌后不久，它們破壞細(xì)菌細(xì)胞中許多現(xiàn)存的結(jié)構(gòu)（包括細(xì)菌DNA），然后劫持剩余的細(xì)胞結(jié)構(gòu)。這些噬菌體隨后將整個(gè)細(xì)胞重新組裝為一種的集中式工廠來產(chǎn)生更多的噬菌體。
Pogliano說，“這種工廠和被感染細(xì)胞的周邊排布顯著類似于在植物細(xì)胞和動(dòng)物細(xì)胞中觀察到中的結(jié)構(gòu)。”
細(xì)菌缺乏很多在植物細(xì)胞或動(dòng)物細(xì)胞中讓細(xì)胞過程區(qū)室化的特殊結(jié)構(gòu)。比如，細(xì)菌缺乏一種膜包圍的細(xì)胞核。細(xì)胞核含有遺傳信息，起著細(xì)胞控制中心的作用。
不過，Pogliano實(shí)驗(yàn)室博士后研究員Vorrapon Chaikeeratisak和研究生Katrina Nguyen發(fā)現(xiàn)入侵的噬菌體讓細(xì)菌內(nèi)部發(fā)生結(jié)構(gòu)重組，從而產(chǎn)生類似于在真核細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的那些結(jié)構(gòu)。
利用熒光顯微鏡，Chaikeeratisak和Nguyen發(fā)現(xiàn)當(dāng)噬菌體在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)復(fù)制時(shí)，它們構(gòu)建區(qū)室從而將感染期間發(fā)生的不同過程分隔開來。
Chaikeeratisak說，“正如植物細(xì)胞或哺乳動(dòng)物細(xì)胞中的細(xì)胞核那樣，這些區(qū)室包被著所有的病毒DNA。DNA過程，如復(fù)制或轉(zhuǎn)錄，都在區(qū)室內(nèi)發(fā)生，而蛋白表達(dá)在區(qū)室外發(fā)生。”
加州大學(xué)圣地亞哥分?；瘜W(xué)與生物化學(xué)教授Elizabeth Villa和加州大學(xué)舊金山分校生物化學(xué)與生物物理學(xué)教授David Agard采用一種被稱作低溫電子斷層掃描術(shù)（cryo-electron tomography, cryo-ET）的技術(shù)捕捉Chaikeeratisak和Nguyen起初在非常高的放大倍數(shù)下發(fā)現(xiàn)的那些過程的圖像。
這些圖像表明新的噬菌體顆粒在細(xì)菌的細(xì)胞核樣區(qū)室（nucleus-like compartment）周圍進(jìn)行組裝。zui終，這些新的病毒顆粒讓細(xì)胞發(fā)生爆裂并擴(kuò)散出去，從而感染附近的細(xì)胞。
Pogliano說，“觀察到噬菌體操縱細(xì)菌細(xì)胞是*出乎意料之外的，這是因?yàn)橹斑€未曾發(fā)現(xiàn)噬菌體如此劇烈地讓細(xì)菌細(xì)胞發(fā)生結(jié)構(gòu)重組。這種簡單的細(xì)菌細(xì)胞經(jīng)過重組后產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)類似于現(xiàn)存的更加復(fù)雜的真核系統(tǒng)，從而模糊了簡單的細(xì)菌細(xì)胞與植物和動(dòng)物等高等生物細(xì)胞之間的界限。”
這可能是多細(xì)胞有機(jī)體進(jìn)化出來的方式嗎？一種現(xiàn)存的被稱作病毒性真核生物起源（viral eukaryogenesis）的觀點(diǎn)提示著*真核生物細(xì)胞是當(dāng)一個(gè)大的病毒接管一個(gè)細(xì)菌時(shí)產(chǎn)生的。zui終，這個(gè)細(xì)菌和這個(gè)病毒形成一個(gè)復(fù)雜的細(xì)胞，在那里，這個(gè)病毒進(jìn)化為細(xì)胞核。
Pogliano說，“想要了解這種特定的病毒是否是由細(xì)菌和病毒進(jìn)化為多細(xì)胞真核生物的一個(gè)中間步驟，可能仍然為時(shí)過早，但是這一發(fā)現(xiàn)可能拓寬我們對(duì)生命起源的認(rèn)識(shí)。”
會(huì)員1.png)