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科学家发现细菌细胞分裂奥秘

发布时间:2019-10-12 17:47:17

美国《科学》杂志刊发浙江大学生命科学研究院叶升课题组的一大发现——细菌细胞分裂的奥秘。这一研究将为广谱抗生素的研发提供依据。

细胞分裂,一个变两个,看似简单而奥妙无穷的生命过程,可在开始分裂的那一刹那,是什么力量让细胞产生“凹陷”,进而一分为二?

叶升课题组第一次解析了细胞分裂蛋白FtsZ所形成的原丝纤维的三维结构,从中找到了其中的答案。论文的第一作者,则为浙大生命科学研究院的博士生李颖。

细胞分裂时,母细胞中间会先产生一层隔膜。60多年前,科学家发现了组成这层隔膜的关键蛋白,将它命名为FtsZ。

1991年,科学家进一步发现,当细胞分裂发生时,许多个FtsZ蛋白首尾相连形成原丝纤维,这些原丝纤维再相互组合,如同项链,形成一个在细胞中部围绕细胞的环状结构,科学家们称它为“收缩之环”,也叫Z环。在Z环收缩之力的“驱动”下,母细胞向内凹陷,进而一分为二。

收缩之力来自哪里?这个问题,科学界一直有争议。如果我们在头发丝的六万分之一的尺度下观察细胞的Z环,就会看到它们主要由FtsZ蛋白结合GTP形成的原丝纤维组成。当细胞发生分裂,GTP会分解成为GDP,并释放化学能。

2008年,一项刊登在《科学》杂志上的研究结束了持续多年的争议。研究指出,正是FtsZ蛋白,将GTP水解过程中产生的化学能转化为了机械能。

但是,这一转换究竟如何实现?几年来一直没有人能够解释。

“如果能解析到FtsZ蛋白原丝纤维的三维结构,其中的机制就能真相大白。”叶升课题组从结核分枝杆菌中克隆了FtsZ的基因,通过X射线衍射,拍下了100多张不同角度的FtsZ蛋白晶体衍射图。

再通过计算机分析,他们成功得到了FtsZ蛋白的三维结构图,第一次看到了这样的景象:GTP水解后,FtsZ原丝纤维发生了50度的弯曲。

“我们从结构生物学角度,更精确地理解了细胞分裂机制,回应并进一步解析了2008年《科学》杂志提出的观点。”叶升说。

这一研究为研究新的广谱抗菌药物提供了直接的结构信息。下一步,课题组将以FtsZ蛋白以及Z环为靶标,进行肺结核病的分子药物设计。“我们可以通过抑制FtsZ从而达到抑制细菌分裂的目的。”

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