細菌DNA遭受壓縮時仍保持它的基因表達

細菌引起許多嚴重疾病，如食物中毒和肺炎。科學家們面臨的挑戰是，引起疾病的細菌是非常有彈性的。比如，當諸如大腸桿菌之類的細菌經歷饑餓時，它們會大規模地重新組裝它們的DNA，從而使得它們能夠在應激條件下存活下來。 為了實現這一壯舉及提高存活機會，大腸桿菌菌株顯著增加一種被稱作Dps的蛋白的數量。這種蛋白將細菌DNA壓縮成致密的水晶狀復合物并保護其免受損傷。雖然之前的研究已表明Dps保護細菌免受饑餓和其他的應激因素，但是科學家們并不知道這種特殊的蛋白是如何發揮作用的。

在一項新的研究中，來自荷蘭卡夫利納米科學研究所、格羅寧根大學、代爾夫特理工大學、美國羅徹斯特大學和俄亥俄州立大學的研究人員描述了Dps有助細菌在應激條件下存活下來的一些獨特的特征。相關研究結果發表在2018年8月23日的Cell期刊上，論文標題為“Global DNA Compaction in Stationary-Phase Bacteria Does Not Affect Transcription”。論文通信作者為羅徹斯特大學生物學副教授Anne Meyer、夫利納米科學研究所的Elio Abbondanzieri和Nynke Dekker。

植物和動物等高等生物中的細胞不含有Dps。然而，它們也會做類似的事情。當它們不需要基因組的某些片段時，它們會包裹這些片段并進行壓縮。這種壓縮能夠有助讓DNA免受損傷，這是因為這會將DNA與細胞質的其他部分隔離開來。每當DNA在高等生物中遭受壓縮時，處于壓縮的基因組片段中的基因就更不可能表達。這些研究人員原本認為當細菌DNA被Dps壓縮時，他們會在細菌（一種低等生物）中觀察到同樣的效果。

但是，實際上，這些研究人員觀察到令人吃驚的結果：盡管Dps確實會壓縮細菌DNA，但是這種壓縮并不對基因表達產生任何影響。當遭受應激時，不論DNA是否被Dps壓縮，作為一種對基因進行轉錄的酶，RNA聚合酶（RNAP）能夠結合到DNA上，仍然能夠表達基因。大腸桿菌是他們觀察到的盡管DNA遭受強烈的壓縮但是基因表達沒有發生變化的首個細菌。

問題來了，如果不論細菌DNA是否遭受壓縮，基因表達都得以保持，那么Dps的主要作用到底是什么呢？

這些研究人員觀察到盡管RNA聚合酶仍然能夠完全接觸到遭受Dps壓縮的DNA，但是其他的能夠切割和破壞DNA的蛋白被完全阻斷。因此，他們猜測Dps壓縮細菌DNA的目的可能是保護它免受破壞或突變，同時仍然允許細菌表達有助于其抵抗應激條件的基因。

如果是這種情形的話，那么當Dps結合到DNA上時，它的保護作用會因局部作用得到進一步強化。比如，Dps能夠中和鐵，即一種對DNA造成廣泛破壞的元素。理解Dps的作用可能有助于人們開發出具有更強靶向性的抗生素和其他的藥物療法。