Cell最新技術(shù)：探索內(nèi)部機(jī)制的利器

日期：2013-11-28 09:05:04

來(lái)自美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校，能源部聯(lián)合基因組研究所（DOE JGI）的研究人員首創(chuàng)了一種先進(jìn)的可視技術(shù)，解析了幾乎遍布地球每一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的一種生物：藍(lán)藻的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這將有助于了解細(xì)菌生理作用機(jī)制，以及促進(jìn)納米科技的發(fā)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(xiàn)就職于密歇根大學(xué)以及加州大學(xué)伯克利分校。她表示，“藍(lán)藻羧酶體（carboxysome）不同于真核細(xì)胞器，是從內(nèi)向外組裝裝配的”。

雖然藍(lán)藻通常被稱為藍(lán)綠藻（blue-green algae），但這個(gè)名詞并不恰當(dāng)，因?yàn)樵孱惥哂袕?fù)雜的膜結(jié)合隔間結(jié)構(gòu)，也就是細(xì)胞器，比如葉綠體，這種細(xì)胞器能進(jìn)行光合作用，而藍(lán)藻則同其它所有細(xì)菌一樣，缺乏膜結(jié)合細(xì)胞器結(jié)構(gòu)。它們大部分的細(xì)胞機(jī)器，包括DNA在內(nèi)都是漂浮在細(xì)胞質(zhì)膜上。不過(guò)它們也有基本的分區(qū)用于特殊功能的執(zhí)行。

為了追蹤藍(lán)藻carboxysome的組裝過(guò)程，文章第一作者Jeffrey Cameron開(kāi)發(fā)了一種Kerfeld稱之為“開(kāi)啟羧酶體生物合成的誘導(dǎo)系統(tǒng)”。首先他們構(gòu)建了聚球藍(lán)藻（Synechococcus cyanobacterium）突變株——其構(gòu)建羧酶體的基因已被破壞，然后研究人員又將各個(gè)標(biāo)記了熒光標(biāo)記的敲除基因引入。這樣就能捕獲細(xì)菌的延時(shí)數(shù)字成像圖片，這個(gè)技術(shù)被稱為時(shí)差顯微技術(shù)（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(tài)成像圖片，解析羧酶體構(gòu)建的中間過(guò)程。通過(guò)這些詳細(xì)的圖片，研究人員發(fā)現(xiàn)了每個(gè)敲除基因產(chǎn)物的特殊作用，以及細(xì)菌是如何構(gòu)建起羧酶體的時(shí)間表。同時(shí)研究人員還指出，其它細(xì)菌可能也是同樣的方式由內(nèi)向外構(gòu)建不同類型的分區(qū)。

這是科學(xué)家們首次能夠觀察到活細(xì)胞中細(xì)菌細(xì)胞器，Kerfeld指出，這種成像技術(shù)不僅是以前方法的一大進(jìn)步，而且也有對(duì)這項(xiàng)工作產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

“這一研究結(jié)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(duì)于二氧化碳固定的作用，”Kerfeld說(shuō)。此外，這一發(fā)現(xiàn)有助于研究人員更好地了解這個(gè)神秘結(jié)構(gòu)的工作機(jī)制，并且將其應(yīng)用到設(shè)計(jì)合成納米級(jí)反應(yīng)器。