掷骰子决定了虫子的生命

 作者:卞秣     |      日期:2017-03-17 06:32:10
作者:Ewen Callaway(图片来源:Sunney Xie)对于一种大肠杆菌,300就是它的幸运数字根据一项新的研究,这是关于在饮食偏好方面改变生活方式需要多少蛋白质分子但这种转变完全是偶然发生的,哈佛大学的生物化学家谢尼说 “你不知道什么时候会发生这是一个随机事件“虽然这听起来更像混沌理论和量子力学而不是生物学,但它是所有活细胞在分子水平上运作的方式,从抗药性结核病到干细胞,”他说在大肠杆菌的情况下,谢研究了一个简单的特性:消化乳糖的能力大肠杆菌通常喜欢在称为葡萄糖的糖上进食为了节约能源,当葡萄糖存在时,细菌会关闭控制乳糖消耗的基因这是通过位于乳糖基因上的“阻遏蛋白”的帮助实现的然而,当葡萄糖耗尽并且乳糖可用时,进化已经提出了一种巧妙的解决方案,可以使乳糖消化基因脱离沉睡一种叫做通透酶的蛋白质位于细胞膜中,将杂散的乳糖分子导入细胞这些糖锁定在阻遏蛋白上,阻止其抑制活性,并允许乳糖基因重新开启这个组合 - 称为lac操纵子 - 然后产生更多的通透酶蛋白质,甚至更多的乳糖,将大肠杆菌送到单向的街道去乳糖消化概述这种行为使得两位科学家在1965年获得诺贝尔奖“lac操纵子就像分子生物学的氢原子,它是第一个描述基因调控的系统,”谢说他的团队试图了解在基因相同的细菌中,在低水平的乳糖抑制和激活这些基因之间的转折点会发生什么 “单个细胞必须决定是否要诱导它,”他说 “这个改变生命的决定是怎么做出来的”为了回答这个问题,谢和同事Paul Choi和Long Cai使用了他们实验室中开创的技术来计算拴在荧光标记蛋白上的通透酶分子他们发现,当一个细胞达到约300个通透酶蛋白的临界阈值时,lac操纵子在一系列活动中开启,细胞获得了分解糖的能力由于分子较少,细胞仍保持中性然而,这一系列的活动都是由阻遏蛋白控制的,它在两个不同的地方抓住了lac操纵子失去其中一个点的抓地力可以使乳糖基因表达突然爆发 - 足以让人感受到外界的味道 - 但细胞分裂可以防止细胞以这种方式达到300谢说,抑制蛋白必须完全放弃细胞才能达到神奇的数字而这恰巧发生了随机事件允许表达更多的通透酶分子,这意味着更多的乳糖进入细胞,因此乳糖基因的活性更长最终达到一个点,细胞转换为乳糖消化 “这是一篇漂亮的论文,”帕萨迪纳市加州理工学院的分子生物学家Michael Elowitz说 “试图了解细胞在其中的个体分子行为方面的行为是生物学最基本的目标之一”单一蛋白质的奇异行为可​​以解释为什么一种结核病细菌具有抗生素抗性,而另一种谢说,具有相同基因组的细菌成为药物的牺牲品甚至我们自己的细胞依赖于涉及单个分子的改变生命的侥幸事件虽然比大肠杆菌细菌复杂得多,但能够转变成任何组织的胚胎干细胞可能只需少量分子即可做出这一决定期刊参考:科学(DOI: