是誰塑造了細胞的形狀?答案超乎想像
像氣球充氣一樣,DNA影響細胞結構!
被「充氣」的前芽孢細胞示意圖
細胞是生命的基本單元,雖然它們堪稱被現代科學研究得最仔細的生命組件,然而,許多基本進程細節都還是個謎,比如一個很基本的問題,細胞的卵形形狀是如何形成的?
這個問題處於生物學和物理學的交叉點上,加州大學聖地亞哥分校(UCSD)的科學家們對此很感興趣,他們實驗結果有點出人意料地展現了細胞形成的根源。
2月8日《Cell》報道,DNA除了編碼遺傳信息,還能給細胞「充氣」。「我們的研究表明,DNA就像氣球中的空氣,能使細胞膨脹,」UCSD生物科學系助理研究員、本文一作Lopez-Garrido說。「DNA是家喻戶曉的遺傳物質,實驗結果表明,它還做了其他與之無關的事情。」
經過數萬年進化,現代細菌已經具備各種機制來控制內部壓力,Lopez-Garrido說。然而,要知道這些機制在地球生命之初的原始細胞中是不存在的。
「生物學家過去認為,細胞生長是遵循正常的生物合成途徑,」文章通訊作者分子生物學教授Kit Pogliano說。「但是,突破我們想像的是,細胞生長只需利用DNA和與DNA相關的帶正電離子填充,然後製造更多膜類結構使其變大,似乎並不需要別的東西了。」
研究人員利用延時熒光顯微鏡,系統地追蹤了枯草芽孢桿菌細胞形成過程。在這個被稱為孢子形成(sporulation)的過程中,細胞分裂成一個母細胞和一個較小的細胞,小的那個被稱作前芽孢(forespore)。使用低溫電子斷層掃描捕獲特寫鏡頭,研究人員親眼目睹了母細胞通過拉伸和膨脹DNA使前芽孢膨脹,直至生成一個全新的、卵形細胞。
冷凍電子斷層掃描(Cryo-electron tomography)下的前芽孢。「充氣」膨脹的(左);因缺乏DNA而「泄氣」癟掉的(右)
「令人驚訝的是,這只是一個非常簡單的生物物理特性影響細胞形狀的獨特例子,」Pogliano.說。「這彰顯了物理學家與生物學家需要密切合作的價值所在,物理學和生物學的交叉點必然是未來科學發展的一個巨大領域。」
原文標題
Chromosome Translocation InflatesBacillusForespores and Impacts Cellular Morphology
※《Science》:第一次在成體大腦中觀察到幹細胞分裂
※李慧林博士《Nature》公布糖生物學突破性成果
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