在真核生物中，核小體結(jié)構(gòu)對基因組的壓縮和調(diào)控起著關(guān)鍵作用。然而，在細(xì)菌中，這一功能則依賴于諸如H-NS（Histone-like Nucleoid Structuring protein）等核結(jié)合蛋白來實(shí)現(xiàn)。H-NS能夠沉默原噬菌體、毒力島等外來基因元件，維持細(xì)菌基因組的穩(wěn)定性。值得注意的是，細(xì)菌能夠在特定環(huán)境下解除這種沉默并激活外源基因表達(dá)，以適應(yīng)不斷變化的環(huán)境條件。但具體機(jī)制，特別是細(xì)菌如何通過H-NS感應(yīng)外界環(huán)境變化并對外來基因元件進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控，一直是微生物學(xué)領(lǐng)域中的一個重要科學(xué)問題。

 

研究揭示“細(xì)菌類組蛋白密碼”

由中國科學(xué)院南海海洋研究所王曉雪團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)的一項(xiàng)研究，系統(tǒng)梳理了細(xì)菌類組蛋白H-NS的多種翻譯后修飾模式，并提出了這些修飾共同構(gòu)成了一種“細(xì)菌類組蛋白密碼”，該密碼揭示了H-NS通過翻譯后修飾驅(qū)動細(xì)菌基因組進(jìn)化的精密機(jī)制。

 

H-NS蛋白的結(jié)構(gòu)與功能多樣性

研究團(tuán)隊(duì)整合了來自大腸桿菌、銅綠假單胞菌、希瓦氏菌和殺魚愛德華氏菌等多種細(xì)菌物種的數(shù)據(jù)，詳細(xì)闡述了H-NS蛋白通過其不同結(jié)構(gòu)域發(fā)生的一系列翻譯后修飾，進(jìn)而調(diào)控其沉默功能的具體機(jī)制：

 

N端修飾：主要通過調(diào)整H-NS的聚合狀態(tài)，從而控制基因沉默的開關(guān)。

中間柔性連接區(qū)的修飾：可以重塑電荷分布，進(jìn)一步影響H-NS的功能。

C端修飾：直接改變H-NS對高AT含量DNA的結(jié)合能力，這對于識別和沉默特定類型的DNA序列至關(guān)重要。

翻譯后修飾與抗沉默機(jī)制

翻譯后修飾是拮抗H-NS沉默的關(guān)鍵機(jī)制之一，它不僅單獨(dú)發(fā)揮作用，還與其他已知的抗沉默途徑如抗沉默蛋白、小分子代謝物以及蛋白酶解等協(xié)同工作。這些復(fù)雜的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)通過感知環(huán)境信號、傳導(dǎo)調(diào)控指令，最終實(shí)現(xiàn)表型輸出，幫助細(xì)菌利用外源基因增強(qiáng)其環(huán)境適應(yīng)性。

 

外源基因與細(xì)菌間的競爭與協(xié)作

研究進(jìn)一步指出，許多外源基因常常編碼修飾酶或抗沉默蛋白，在適當(dāng)?shù)募せ顥l件下能夠解除由H-NS介導(dǎo)的基因沉默。這一過程被稱為“轉(zhuǎn)錄解抑制”，它不僅是細(xì)菌對外界環(huán)境變化的一種響應(yīng)方式，也體現(xiàn)了細(xì)菌與其攜帶的外來基因元件之間復(fù)雜的競爭與合作關(guān)系。這種動態(tài)平衡對于理解微生物中的水平基因轉(zhuǎn)移現(xiàn)象具有重要意義。

 

結(jié)論與展望

這項(xiàng)研究為深入理解細(xì)菌環(huán)境適應(yīng)性和致病機(jī)制提供了新的理論框架，同時也為開發(fā)新型抗菌策略開辟了道路。通過對“細(xì)菌類組蛋白密碼”的解析，科學(xué)家們得以更全面地認(rèn)識細(xì)菌如何利用H-NS及其翻譯后修飾來精細(xì)調(diào)控自身基因組，以及它們?nèi)绾谓柚@些機(jī)制從環(huán)境中獲取生存優(yōu)勢。未來的研究可能會更加聚焦于探索具體的翻譯后修飾類型及其作用機(jī)制，以及如何利用這些知識設(shè)計(jì)出針對性更強(qiáng)的治療方案。