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研究人员研究细菌中的蛋白质生物合成

拜罗伊特大学和纽约哥伦比亚大学的研究人员在《iScience》杂志上报道了细菌蛋白质生物合成的突破性发现。这个小蛋白质NusG连接着两个在基因表达过程中共同工作的大型分子机器,基因表达是基于遗传信息产生细菌蛋白质:RNA聚合酶和核糖体。分子桥使细菌细胞在基因表达的连续阶段实现完美的同步。、抄写和翻译。因此,这种联系可能是未来抗生素药物的一个极好的靶点。

在所有生物体中,基因表达都是一个两个阶段的过程:首先,存储在DNA中的遗传信息被用作模板来合成核糖核酸,即所谓的信使rna (mrna)。通过这种方式,遗传信息被转化为细胞可以直接使用的形式。RNA聚合酶负责这个过程,称为转录。在转译过程中,信使rna是核糖体读取并用于生产相应蛋白质的分子蓝图。在人类和动物中,这两个阶段的基因表达在空间和生物化学上是分开的。相比之下,在细菌细胞中,它们是结合在一起的,这是科学家们在50多年前就知道的。

十年前,拜罗伊特大学(University of Bayreuth)由保罗·罗奇(Paul Rosch)教授领导的一个研究小组在《科学》(Science)杂志上发表的报告首次表明,这种结合可能实际上是由NusG蛋白介导的。然而,直到现在,斯蒂芬h克诺尔(Stefan H. Knauer)博士领导的研究小组才与纽约哥伦比亚大学(Columbia University)的合作伙伴成功地提供了第一个直接的结构证据。NusG由氨基端域(NTD)和羧基端域(CTD)两个柔性连接区域组成。CTD与核糖体结合,NTD与RNA聚合酶结合。因此,NusG在基因表达的中心机器之间形成了一个灵活的桥梁,类似于铁路货车之间的可动耦合。这种联系导致转录和翻译同步。在拜罗伊特大学北巴伐利亚高分辨率核磁共振波谱中心进行的关键实验清楚地显示了这一联系。

“这为新抗生素的开发开辟了非常有趣的前景。如果我们能破坏这个分子桥,细菌蛋白质的合成将会严重影响细菌的繁殖,最重要的是,不会影响到人类的机体。我们目前正在研究这个方法,我们已经取得了第一个有希望的结果,”Stefan Knauer博士说。

“通过结合结构生物学、生化和分子生物学方法,我们能够证明NusG在细菌蛋白生物合成中的中心作用。”我们将继续采用这种跨学科的方法来寻找有效的抗生素物质,”合著者Philipp Zuber M.Sc补充道,他正在Bayreuth大学完成博士论文,在那里他还完成了巴伐利亚精英网络中的精英研究项目大分子科学。

这项发表在iScience上的研究是拜罗伊特研究人员与纽约哥伦比亚大学教授Max Gottesman和教授Joachim Frank的研究小组密切合作的结果。弗兰克因其在低温电子显微镜方面的发展获得2017年诺贝尔化学奖,这项研究技术也被用于这项新研究。

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