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的組裝過程,文章第一作者Jeffrey Cameron開發(fā)了一種Kerfeld稱之為“開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)建的中間過程。通過這些詳細(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。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。
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