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Cell最新技術:探索內部機制的利器

日期:2013-11-28 09:05:04

來自美國加州大學伯克利分校,能源部聯合基因組研究所(DOE JGI)的研究人員首創了一種先進的可視技術,解析了幾乎遍布地球每一個生態系統的一種生物:藍藻的內部結構,這將有助于了解細菌生理作用機制,以及促進納米科技的發展。

 

這一研究成果公布在11月的Cell雜志上,文章的通訊作者是原DOE JGI研究員Cheryl Kerfeld,她現就職于密歇根大學以及加州大學伯克利分校。她表示,“藍藻羧酶體(carboxysome)不同于真核細胞器,是從內向外組裝裝配的”。

 

雖然藍藻通常被稱為藍綠藻(blue-green algae),但這個名詞并不恰當,因為藻類具有復雜的膜結合隔間結構,也就是細胞器,比如葉綠體,這種細胞器能進行光合作用,而藍藻則同其它所有細菌一樣,缺乏膜結合細胞器結構。它們大部分的細胞機器,包括DNA在內都是漂浮在細胞質膜上。不過它們也有基本的分區用于特殊功能的執行。

   

為了追蹤藍藻carboxysome的組裝過程,文章第一作者Jeffrey Cameron開發了一種Kerfeld稱之為“開啟羧酶體生物合成的誘導系統”。首先他們構建了聚球藍藻(Synechococcus cyanobacterium)突變株——其構建羧酶體的基因已被破壞,然后研究人員又將各個標記了熒光標記的敲除基因引入。這樣就能捕獲細菌的延時數字成像圖片,這個技術被稱為時差顯微技術time-lapse microscopy)。

 

而且研究人員還利用透射電子顯微鏡(transmission electron microscope)獲得高分辨率靜態成像圖片,解析羧酶體構建的中間過程。通過這些詳細的圖片,研究人員發現了每個敲除基因產物的特殊作用,以及細菌是如何構建起羧酶體的時間表。同時研究人員還指出,其它細菌可能也是同樣的方式由內向外構建不同類型的分區。

 

這是科學家們首次能夠觀察到活細胞中細菌細胞器,Kerfeld指出,這種成像技術不僅是以前方法的一大進步,而且也有對這項工作產生了深遠的影響。

 

“這一研究結果了解羧酶體中酶組裝提供了線索,而且也有助于解析這對于二氧化碳固定的作用,”Kerfeld說。此外,這一發現有助于研究人員更好地了解這個神秘結構的工作機制,并且將其應用到設計合成納米級反應器。

 


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