最近來自于斯克里普斯研究所的一個科研小組第一次顯示了細胞的“蛋白質工廠”——核糖體的組成圖像。該研究發(fā)現為開發(fā)新的抗生素以及治療核糖體組成錯誤相關的疾病指明了新方向。此外，新技術還將有助于科學家們對細胞過程中其他的復雜機制展開研究。

    在過去的幾十年里生物學家們都希望能夠鑒別和觀察到形成核糖體的重要分子，然而卻一直未獲得突破性的進展。近日來自斯克里斯普研究所的研究人員稱他們在最新的研究中獲得了核糖體形成過程中幾個中間化合物的圖像。研究論文發(fā)表在世界知名的《科學》（Science）雜志上。

    “對于我來說它就像夢一樣，”該項目的負責人、斯卡格化學生物學研究所的成員、斯克里斯普研究所大學生及研究生教務長James Williamson博士說：“在斯克里斯普研究所許多的同事開展了廣泛的合作。“

    在過去由于受到成像技術的限制，科研人員無法對形成核糖體和其他細胞元件的分子展廣泛研究。多年來電子顯微鏡技術使得科學家們能夠獲得一些微小分子的圖像，但要求對微小分子進行純化。而在對分子進行純化前，研究人員必須先了解其組成。

    “我的實驗室針對核糖體組裝進行了大約15年的研究，”Williamson說：“而早在30年前就有人制定了基本的步驟。然而直到現在也沒有人真正地了解細胞內到底發(fā)生了什么。”

    斯克里斯普研究所的研究人員早先開發(fā)了一種新技術稱之為單粒子分析技術。利用這種技術，科學家們可以繞開純化步驟，對未經純化的樣品進行成像。自動化數據采集和處理系統(tǒng)使得研究人員能夠解密復雜的數據。

    論文的第二作者、Williamson實驗室的研究助理Andrea Beck從大腸桿菌中獲得了純化的核糖體元件。然后她利用化學方法分解這些元件獲得組成核糖體的成分。研究人員將這些成分混合在一起，進行快速染色，并用電子顯微鏡技術進行成像。“我們對由各種不同粒子混合組成的的樣品進行了研究。”Williamson說。

    論文的第一作者Mulder對核糖體裝配反應中的組成粒子進行了收集和分析。使用該研究小組先進的算法，研究人員對來自電子顯微鏡的超過100萬個數據點進行了處理最終獲得了分子圖像。通過生成的圖像科學家們確定了核糖體生成過程中的化學組成。“不論我們如何處理數據，我們都獲得了同樣的結果。這使我們相信我們獲得的結果是真實的，”Williamson說。

    在接下來的研究工作中研究人員進一步確定了不同時幀成像的組分。在對核糖體元件進行分解后，科學家們制備出不同階段的樣品，并將分子進行充分混合，了解其在細胞核糖體形成中的作用機制。通過一系列成像，研究人員證實隨著時間流逝大的復雜的分子濃度逐漸增高，而小分子逐漸減少。這些結果與之前獲得的有限的信息相吻合，從而進一步證實了結果具有可靠性。此外，研究還證實核糖體形成存在不止一條途徑，證實了從前的研究中提出的平行組裝現象。

    Williamson認為他們的新發(fā)現將有助于推動對細胞內其他核糖體組成必需的分子的研究。此外，Williamson還認為新發(fā)現具有醫(yī)療應用的潛力。所有的細菌都包含并依賴于核糖體。鑒定出核糖體組裝必須的分子為開發(fā)殺滅細菌的抗生素提供了新的靶點。

    “如果我們能弄清楚抑制核糖體組裝的機制，將成為一個非常重要的治療途徑” Williamson說：“研究證實一些疾病例如先天性純紅細胞再生障礙性貧血又稱Diamond-Blckfan綜合征(Diamond-Blackfan anemia，DBA)就是由于核糖體組成錯誤所引起。了解核糖體的組成將有助于修復此類錯誤治療或防止疾病發(fā)生。”

    “此外利用新技術科學家們還能夠對關鍵的細胞過程中的其他復合物進行相似的成像及分析，”Williamson說。