<li id="omoqo"></li>
  • <noscript id="omoqo"><kbd id="omoqo"></kbd></noscript>
  • <td id="omoqo"></td>
  • <option id="omoqo"><noscript id="omoqo"></noscript></option>
  • <noscript id="omoqo"><source id="omoqo"></source></noscript>
  • 發布時間:2015-06-30 16:00 原文鏈接: 暨南大學發表細菌通過全局性翻譯調控的研究最新成果

      2015年6月19日,國際著名期刊PLoS Genetics發表暨南大學生命與健康工程研究院的成果,首次揭示了細菌通過一種與真核生物完全不同的方式,通過全局調控翻譯延伸來應對氧化壓力。

      生物體需要快速應對各種環境中的不利因素,而活性氧(ROS)所造成的氧化壓力是生物體所最經常遇到的不利環境之一。真核生物中也存在轉錄調控的氧化應激系統,其在酵母中需要45分鐘才能起效。在此之前,真核生物多通過tRNA核轉運、可逆性切割CCA尾、將tRNA切成兩半這三種方式來迅速降低tRNA的量,來應對氧化壓力。這看似會下調翻譯,但越來越多的證據表明,真核細胞中相當多的基因在氧化應激下翻譯反而更活躍,形成了一種復雜的應對方式。

      以前人們知道,細菌擁有應對氧化壓力的專門系統(如SoxRS系統和OxyR系統),通過轉錄調控來應對氧化應激,需要20-30分鐘才能起效。很顯然,在這些系統起效之前,細菌需要有一種更為迅速的手段來響應氧化壓力,那就只能是翻譯調控。然而,細菌在氧化壓力下的翻譯調控卻一直沒有被研究清楚。這是為什么呢?

      主要的困難來自于技術層面上。真核生物的蛋白質合成可以很容易地由SILAC等標記質譜技術來進行大規模的周轉率(turnover)定量研究,而原核生物,尤其是自養型細菌,存在著非常復雜的氨基酸轉換代謝途徑,使得SILAC無法被使用,從而難以研究蛋白質的周轉率。用氮-15同位素代謝標記法進行全氮代謝標記,雖然可以標記新合成的蛋白質,但其質譜鑒定和定量卻一直是個難題,以往的研究一般只能定量幾十個蛋白,這對擁有數千個蛋白質的細菌而言無異于杯水車薪。另一方面,tRNA組的全定量測定一直是個難題,由于tRNA種類繁多、物理化學特征極為相似、序列高度保守、堿基修飾嚴重、二級和三級結構極為穩定等因素,對其進行特異性的分別測定極其困難,此前還沒有tRNA特異性的單堿基分辨率全定量測定報道。

      暨南大學生命與健康工程研究院的何慶瑜、張弓教授團隊為此開發了多項新技術。第一項技術是開發了全氮代謝標記蛋白質質譜的搜庫算法,成功地定量了大腸桿菌細胞質中超過一千種蛋白質(總共約1500種),可以對細菌蛋白質的合成進行以分鐘為單位的時序追蹤。第二項技術是首次實現了tRNA特異性的全定量測序技術,可以富集tRNA,并使用一系列巧妙的實驗和算法解決了種類繁多、物化特征相似、堿基修飾、強二級結構等問題,達到了單堿基分辨率。第三項技術是自行設計組裝了一套細菌生長連續測定系統,在完全無干擾的情況下可以在搖動中每秒測定一次細菌的密度并實時記錄,獲得精密的細菌生長曲線。

      在這三項新技術的加持之下,研究者發現,在加入過氧化氫之后,蛋白質的合成立即減慢到幾乎測不出的程度,這種響應在一兩分鐘內就已經發生。進一步的分析表明,氧化應激并沒有造成細胞內大面積的蛋白質氧化損傷,翻譯起始速率絲毫不受影響,而翻譯延伸速率則嚴重減慢。在排除了各種可能因素之后,tRNA水平的突降是唯一的可能性。通過tRNA組全定量測序技術、qRT-PCR和凝膠電泳的三重驗證,幾乎所有的tRNA在氧化應激開始時都出現了嚴重的下調。不同于真核生物的幾種途徑,細菌經由酶促反應極為快速地降解tRNA,并且這種降解是不可逆的。而人工增加tRNA則可以加速翻譯,在氧化應激的條件下使細菌更快地生長,保護大腸桿菌對抗更高濃度的過氧化氫,甚至耐受環丙沙星引起的ROS。

      作者同時強調,本研究的結果說明增強tRNA對細菌而言是一柄雙刃劍:在正常狀況下,過高的tRNA水平會減少翻譯暫停,造成蛋白質折疊失敗,進而導致細菌生長受阻;而在氧化壓力下,較高的tRNA水平則能幫助細菌抵抗壓力、渡過難關。因此tRNA對細菌而言并不總是越多越好的。

      為何原核生物與真核生物在面對同樣的氧化壓力下,其翻譯調控策略有著明顯的分野?作者仔細分析認為,由于真核生物生產tRNA代價高昂,因此多選擇用可逆的方式把tRNA暫時”雪藏“起來,待氧化壓力過去之后重新利用以避免從頭合成;而原核生物由于tRNA組復雜度低、生產加工較快較容易,因此采取了簡單粗暴的方式,需要降低tRNA時直接徹底降解,待氧化壓力過去之后從頭合成便是。

      傳統上認為,細菌的調控主要是轉錄調控,翻譯調控只占很小的比例。但該研究不僅發現了細菌快速應對氧化應激的全新機制,還為細菌耐藥提供了全新的視角,顯示出翻譯的全局調控在細菌中同樣扮演著極為重要的角色,是細菌的第一道防線。

      該論文共同通訊作者是暨南大學生命與健康工程研究院的何慶瑜博士和張弓博士。何慶瑜博士是“長江學者”特聘教授,一直致力于生物化學和功能蛋白質組學領域的研究工作。張弓博士一直從事翻譯組學研究,2011年回國在暨大擔任教授、博導,獲國家優青、863青年科學家,組建”翻譯組學實驗室“,主要以高通量手段從整體上研究翻譯過程。

    相關文章

    金納米顆粒有望抑制金黃色葡萄球菌感染

    中國科學院昆明動物研究所研究員賴仞團隊研究獲得了直徑約3納米的多肽修飾的金納米顆粒(Au_CR),對金黃色葡萄球菌表現出特異的抑菌作用,主要通過作用于細菌的細胞膜殺死細菌。相關研究成果日前發表于《納米......

    細菌耐藥難解決?揭秘細菌生物被膜形成新機制

    近日,NucleicAcidsResearch雜志發表了廣東省人民醫院檢驗科顧兵教授、劉曉曉副研究員一項題為“希瓦氏菌通過H-NS蛋白乙酰化降低氮代謝調控因子抑制生物被膜形成”的研究文章。該研究以細菌......

    人鼻中發現新型抗生素物質,可對抗病原體

    德國圖賓根大學研究人員從人類鼻子中發現了一種新的抗生素物質,可用來對抗病原體。這種名為epifadin的分子是由表皮葡萄球菌的特定菌株產生的。他們將epifadin歸為一類前所未知的新型抗菌化合物,它......

    新發現!細菌RNA代謝調控新機制

    近日,中國科學院水生生物研究所張承才團隊關于細菌中RNA代謝調控機制的研究取得了進展。相關研究成果以《藍藻中RNaseE受一個保守蛋白調控》(Aconservedproteininhibitorbri......

    細菌如何識別病毒入侵并激活免疫防御?本文揭曉答案

    地球上沒有任何一種生物的生命是不受威脅——包括細菌。被稱為噬菌體的掠食性病毒是它們最可怕的敵人之一,它們滲透到細胞中進行復制并接管。細菌已經進化出了一系列對抗這些感染的策略,但它們是如何首先發現入侵者......

    得了支原體肺炎需要輸液、“洗肺”嗎?專家解答來啦!

    近期,兒童支原體肺炎廣受關注。患兒什么時候具有傳染性?是否需要輸液、“洗肺”?擔心醫院人多能否自行用藥?記者在11月12日世界肺炎日到來之際,采訪了相關醫學專家。“感染肺炎支原體后,在開始發燒前有幾天......

    揭開致病細菌穿越人體血腦屏障之謎

    記者10月24日從南開大學獲悉,該校王磊教授團隊首次揭示了引起細菌性腦膜炎的3種主要細菌如何利用同一機制穿越血腦屏障的分子機理,這對細菌性腦膜炎防治具有重要意義。該研究成果日前在線發表于國際學術期刊《......

    Nature:轉座子編碼的核酸酶利用向導RNA促進轉座子自身的傳播

    基因組工程可能是醫學的未來,但它依賴于數十億年前在原始細菌中取得的進化進步,而原始細菌是最初的基因編輯大師。科學家們對這些古老的基因編輯系統進行改造,推動它們完成更加復雜的基因編輯任務。然而,要發現新......

    JACS:挑戰常規!化膿性鏈球菌心磷脂SpCL1可在人體引起免疫反應

    化膿性鏈球菌(Streptococcuspyogenes)是一種導致鏈球菌性咽喉炎和其他感染的細菌。在一項新的研究中,來自美國哈佛醫學院的研究人員發現,化膿性鏈球菌制造的一種分子可能有助于解釋幾個長期......

    病毒入侵時,生命體如何自我保護?

    在生命體內存在在這樣的一種英雄主義:細菌在殺死入侵病毒的那一刻“壯烈犧牲”,與其“同歸于盡”,以完成保護生命體的重任。早在20世紀50年代,科學家們就通過間接的手段檢測到了一種同歸于盡的自我保護行為,......

    <li id="omoqo"></li>
  • <noscript id="omoqo"><kbd id="omoqo"></kbd></noscript>
  • <td id="omoqo"></td>
  • <option id="omoqo"><noscript id="omoqo"></noscript></option>
  • <noscript id="omoqo"><source id="omoqo"></source></noscript>
  • 1v3多肉多车高校生活的玩视频