科學(xué)家揭示細(xì)菌遺傳物質(zhì)組織機(jī)制

素有哈佛美女教授之稱的莊小威（Xiaowei Zhuang）博士被業(yè)內(nèi)人評(píng)價(jià)為“有天賦的執(zhí)著科學(xué)家”，她早年畢業(yè)于中國(guó)科技大學(xué)少年班，19歲考取全額獎(jiǎng)學(xué)金赴美攻讀博士學(xué)位，2003年榮獲美國(guó)麥克阿瑟基金會(huì)評(píng)選出的“天才獎(jiǎng)”，獨(dú)得獎(jiǎng)金50萬(wàn)美元。之后在她34歲的時(shí)候就成為了哈佛大學(xué)正教授，從事生物化學(xué)的研究。

這位女科學(xué)家主要進(jìn)行的是顯微成像方面的研究，在2005年的一項(xiàng)研究中，莊小威與其它同事發(fā)現(xiàn)了一種能夠幾百次反復(fù)在各種顏色的光照下使用的、能夠驅(qū)動(dòng)為熒光態(tài)和暗態(tài)的發(fā)光分子團(tuán)，從而得到了一種比傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡高10倍以上的分辨率的顯微技術(shù)，并將這種技術(shù)命名為隨機(jī)光學(xué)重建顯微法(stochastic optical reconstruction microscopy，STORM)。

最近一期（9月9日）的《科學(xué)》（Science）又刊發(fā)了她與美國(guó)科學(xué)院著名華人院士謝曉亮（X. Sunney Xie）共同領(lǐng)導(dǎo)完成的一項(xiàng)科研成果。在這篇文章中，研究人員利用超分辨率熒光顯微鏡結(jié)合染色體構(gòu)象捕獲分析法（chromosomeconformation capture assay）對(duì)活體大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)的擬核相關(guān)蛋白（nucleoidassociated proteins，NAPs）進(jìn)行了跟蹤觀察，并由此揭示了細(xì)菌遺傳物質(zhì)組織機(jī)制。

不同于真核細(xì)胞，細(xì)菌細(xì)胞只具有原始的核，沒(méi)有核膜及核仁，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。大腸桿菌基因組為雙鏈環(huán)狀的DNA分子，在細(xì)胞中以緊密纏繞成的較致密的不規(guī)則小體形式存在于細(xì)胞中，該小體稱為擬核，亦稱細(xì)菌染色體。NAPs是一類結(jié)合在細(xì)菌染色體DNA上的小分子堿性蛋白質(zhì)。過(guò)去的研究證實(shí)NAPs參與調(diào)控細(xì)菌DNA的復(fù)制、重組、轉(zhuǎn)錄和修復(fù)等多個(gè)重要生理過(guò)程，此外在擬核的結(jié)構(gòu)形成中也起著極其重要作用。研究人員利用光敏開(kāi)關(guān)染料標(biāo)記蛋白獲得了大腸桿菌活細(xì)胞中幾種NAPs超高分辨率成像，并證實(shí)一種可導(dǎo)致基因轉(zhuǎn)錄沉默的NAPs——H-NS在細(xì)菌擬核結(jié)構(gòu)形成中發(fā)揮關(guān)鍵性的作用。

新研究結(jié)果證實(shí)了新型成像技術(shù)在解析活細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用潛力，并為研究人員更深入地了解細(xì)菌中遺傳物質(zhì)及基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制打開(kāi)了一扇新窗口。