原标题:英媒:生物学家构建细胞核“周期表” 来源:参考消息网
参考消息网7月28日报道 据英国科学新闻网站5月27日报道,150年前,德米特里·门捷列夫创建了元素周期表——一个根据原子核的特性对原子进行分类的系统。本周,一个研究生命树的生物学家团队公布了新的细胞核分类系统,并发现了一种将某种类型细胞核转变为另一种类型细胞核的方法。全文摘编如下:
本周发表在学术杂志《科学》周刊上的这篇研究论文来自多项曾经各自开展的工作。其中一项研究工作的重点是“DNA动物园”项目,这是一个涵盖数十家机构的国际协作项目,其中包括贝勒医学院、赖斯大学理论生物物理学中心、西澳大利亚大学和海洋世界主题公园。
由于染色体(可能长达数米)可以折叠以便被容纳在横跨整个生命树的不同物种细胞核内,“DNA动物园”项目的科学家一直在共同致力于对其折叠的方式进行分类。
该研究论文的联合第一作者、来自理论生物物理学中心的奥尔加·杜德琴科说:“无论我们研究的是蠕虫、海胆,还是海鞘、珊瑚,我们总是看到同样的折叠规律不断出现。”
最终,研究团队意识到,他们看到的只是两种细胞核总体结构的变体。杜德琴科本人也是“DNA动物园”项目的联合主任和贝勒医学院的基因组结构中心成员。他解释说:“在某些物种身上,染色体的组织方式如同印刷好的报纸,外侧的空白边缘在一边,折叠起的中间部分在另一边。而在其他的物种身上,每一个染色体都被挤压在一个小球中。”
这篇论文的资深作者、贝勒医学院分子和人类遗传学副教授兼“DNA动物园”项目联合主任埃雷兹·利伯曼·艾登说:“这样我们就遇到了难题。数据显示,在进化过程中,物种可以在这两种类型之间来回切换。我们想知道:控制机制是什么?有可能在实验室中把一种原子核类型改变为另一种类型吗?”艾登同时还担任基因组结构中心主任,以及理论生物物理学中心的高级研究员。
与此同时,荷兰的另一个研究团队获得了一些意外的发现。该研究论文的第一联合作者、荷兰癌症研究所本杰明·罗兰博士实验室的成员克莱尔·赫恩坎普说:“我当时正在对一种被称为‘凝缩蛋白Ⅱ’的蛋白质进行实验,我们知道它对细胞的分裂方式产生影响。但是我们观察到了最奇怪的事情:当我们使人体细胞中的这种蛋白质发生突变时,染色体会完全重新排列。这令人费解!”
这两个研究团队在奥地利山区举行了一次会议,该研究论文的资深作者本杰明·罗兰在会上介绍了自己实验室的最新研究成果。他们很快意识到,赫恩坎普偶然发现了把人类细胞从一种核类型转变成另一种核类型的办法。
罗兰说:“当我们观察‘DNA动物园’项目正在研究的基因组时,我们发现进化过程已经把我们的实验提前做了很多很多次!当某个物种的突变对凝缩蛋白Ⅱ进行分解的时候,它们通常会颠覆细胞核的整体结构。实验被人捷足先登总会有点令人失望,但是进化过程遥遥领先于我们。”
研究团队决定通过合作来确定凝缩蛋白Ⅱ的作用。但随后发生了新冠疫情,大半个世界处于关闭中。
赫恩坎普说:“在无法进入实验室的情况下,我们只剩下一个办法来确认凝缩蛋白Ⅱ的作用。我们需要建立一个计算机程序,用它来模拟凝缩蛋白Ⅱ对构成每个人类染色体的数亿个基因字母链的影响。”
研究团队求助于赖斯大学的化学和生物科学教授何塞·奥努奇克。奥努奇克说:“我们的模拟显示,通过破坏凝缩蛋白Ⅱ,你可以重新组织人类细胞核,变得类似于苍蝇的细胞核。”
这些模拟是由包括奥努奇克实验室在内的一个团队进行的,该团队的带头人是赖斯大学的博士后研究员、论文联合第一作者苏米塔巴·布拉马查里。
布拉马查里说:“我们从开展一项关于长达20亿年的细胞核进化的广泛调查入手。我们发现,有太多的东西最后都浓缩为这样一种简单的机制,我们可以对其进行模拟,并自行在试管中再现其各个进化阶段。这是在通往基因组工程技术的新型道路上迈出令人兴奋的一步——用3D技术!”