科學(xué)家發(fā)現(xiàn)細菌細胞分裂奧秘 _美國

據(jù)今日早報：7月26日，美國《科學(xué)》雜志刊發(fā)浙江大學(xué)生命科學(xué)研究院葉升課題組的一大發(fā)現(xiàn)——細菌細胞分裂的奧秘。這一研究將為廣譜抗生素的研發(fā)提供依據(jù) 。
細胞分裂，一個變兩個，看似簡單而奧妙無窮的生命過程，可在開始分裂的那一剎那，是什么力量讓細胞產(chǎn)生“凹陷”，進而一分為二？
葉升課題組第一次解析了細胞分裂蛋白FtsZ所形成的原絲纖維的三維結(jié)構(gòu)，從中找到了其中的答案。論文的第一作者，則為浙大生命科學(xué)研究院的博士生李穎。
細胞分裂時，母細胞中間會先產(chǎn)生一層隔膜。60多年前，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了組成這層隔膜的關(guān)鍵蛋白，將它命名為FtsZ 。
1991年，科學(xué)家進一步發(fā)現(xiàn)，當(dāng)細胞分裂發(fā)生時，許多個FtsZ蛋白首尾相連形成原絲纖維，這些原絲纖維再相互組合，如同項鏈，形成一個在細胞中部圍繞細胞的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，科學(xué)家們稱它為“收縮之環(huán)”，也叫Z環(huán) 。在Z環(huán)收縮之力的“驅(qū)動”下，母細胞向內(nèi)凹陷，進而一分為二。
收縮之力來自哪里？這個問題，科學(xué)界一直有爭議。如果我們在頭發(fā)絲的六萬分之一的尺度下觀察細胞的Z環(huán)，就會看到它們主要由FtsZ蛋白結(jié)合GTP形成的原絲纖維組成。當(dāng)細胞發(fā)生分裂，GTP會分解成為GDP ，并釋放化學(xué)能。
2008年，一項刊登在《科學(xué)》雜志上的研究結(jié)束了持續(xù)多年的爭議。研究指出，正是FtsZ蛋白，將GTP水解過程中產(chǎn)生的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為了機械能。
但是，這一轉(zhuǎn)換究竟如何實現(xiàn)？幾年來一直沒有人能夠解釋。
“如果能解析到FtsZ蛋白原絲纖維的三維結(jié)構(gòu)，其中的機制就能真相大白。”葉升課題組從結(jié)核分枝桿菌中克隆了FtsZ的基因，通過X射線衍射，拍下了100多張不同角度的FtsZ蛋白晶體衍射圖。
再通過計算機分析，他們成功得到了FtsZ蛋白的三維結(jié)構(gòu)圖，第一次看到了這樣的景象：GTP水解后，F(xiàn)tsZ原絲纖維發(fā)生了50度的彎曲。
“我們從結(jié)構(gòu)生物學(xué)角度，更精確地理解了細胞分裂機制，回應(yīng)并進一步解析了2008年《科學(xué)》雜志提出的觀點。”葉升說。
【科學(xué)家發(fā)現(xiàn)細菌細胞分裂奧秘】這一研究為研究新的廣譜抗菌藥物提供了直接的結(jié)構(gòu)信息。下一步，課題組將以FtsZ蛋白以及Z環(huán)為靶標(biāo)，進行肺結(jié)核病的分子藥物設(shè)計。“我們可以通過抑制FtsZ從而達到抑制細菌分裂的目的。”