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在实验室中进化的抗辐射大肠杆菌可以看到DNA修复

文章作者:优博时时彩平台开户发布时间:2019-12-28浏览次数:1162

威斯康星大学麦迪逊分校生物化学系的科学家正在观察实时发生的演变。

最近在线发表在细菌学杂志上的生物化学教授Michael Cox和他的团队描述了使用电离辐射每周一次爆炸大肠杆菌,使细菌抵抗辐射。通过这样做,他们发现了这种抗性背后的基因突变和机制。

研究结果揭示了抗辐射细菌可能在未来的各种应用中使用的方式,包括环境清理和癌症放射治疗期间有益肠道微生物的保护。

Cox的实验室长期以来一直对DNA修复感兴趣,DNA修复是一种细胞过程,其中所有生物都能够重组DNA片段,这些片段被电离辐射等应力破坏。这种类型的辐射固有地具有高能量并且与核辐射和诸如铀和钍的元素相关。宇航员也开始接触太空中的这种辐射形式。在一些癌症疗法和一些医学成像(例如X射线)中以较低剂量遇到它。

少数生物,主要是细菌,自然抵抗高水平的电离辐射。然而,许多是众所周知的并且难以研究,并且对它们知之甚少,特别是与大肠杆菌相比。这导致考克斯的团队转向研究抗辐射细菌的另一种方式 - 自我进化。

他们在“定向”进化中的实验很简单。主要作者和博士后研究员Steven Bruckbauer将大肠杆菌分为四组。每周一次,他和一个本科研究人员团队使用医学物理系用电离辐射攻击每个人群,直到99%的细胞死亡。然后他们培养文化中的幸存者 - 对辐射最有抵抗力的人之一。从这些细菌中生长的大多数新细菌携带有益的抗辐射突变。

“有许多突变可能与阻力无关,而且它们只是用于骑自行车,”考克斯解释说。 “我们将人口分为四组,以便我们可以比较多个群体中的突变并检查模式并尝试确定辐射抗性的主要驱动因素。”

随着时间的推移,随着细菌变得耐药,研究人员已经能够提高它们对细菌的辐射水平。该研究深入研究了它们在50个循环后积累的突变(意味着细菌被照射了50次)。

美国能源部联合基因组研究所的UW-Madison团队的合作者进行的序列分析表明,几种基因的突变导致大肠杆菌中更有效的DNA修复,这有助于提供抗性。另一种突变是RNA聚合酶,一种负责将RNA转录成DNA的酶,最终用于制造重要的蛋白质。

尽管整体机制,例如增强的DNA修复,与天然抗性细菌的机制相同,但是从未见过导致这些变化的许多突变。 Bruckbauer补充说,除了DNA修复和RNA聚合酶的变化外,还有新的抗药性方法。

“这些抵抗机制正是我们所看到的,”他说。 “考虑到我们尚未发现或开发的新颖可能性令人兴奋。在本质上,我们看到最终会有一些其他机制,但随后新的机制可能会开始发展。

该团队目前正在研究未来里程碑周期的遗传学,以了解通过选定的125周期的细菌耐药性。

虽然抗辐射细菌确实存在于自然界中,但它们对各种应用的有用性可能取决于它们的特定突变。考克斯解释说,如果不了解突变以及它们如何增强细胞DNA修复系统,就很难设计细菌。

抗辐射细菌可以作为益生菌施用,以帮助减轻癌症治疗的一些副作用,并且可以帮助清理核废料场所。此外,美国宇航局担心宇航员会受到太空辐射,而考克斯的工作可能会找到一种更好地保护宇航员的机制。

“我们发现大肠杆菌和其他对辐射敏感的生物具有通过修饰一些现有DNA修复蛋白来提高抗辐射能力的潜力,”布鲁克鲍尔说。 “据我们所知,没有人在实验室里做过这种抗辐射的事情。这是生活如何适应的一个很好的例子。”

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