与人类基因组相比,细菌基因组极为紧凑,缺乏大量非编码“垃圾DNA”。例如,大肠杆菌约90%的基因组编码蛋白质,而人类基因组中非编码DNA占比高达90%。近期,美国纽约大学医学院的研究团队发现,这种基因组的紧凑性主要归功于一种名为Rho的古老蛋白。
Rho蛋白作为转录终止因子,能够调节基因表达水平,平衡细菌的转录与翻译需求,防止蛋白质过度合成。研究人员通过使用动物抗生素双环霉素抑制Rho活性,结合基因组学和蛋白质组学技术,观察了大肠杆菌基因表达的变化。利用微分基因电泳(DIGE)和质谱分析,鉴定了响应抗生素处理的蛋白质,揭示了Rho在调控细菌基因表达中的关键作用。
研究团队负责人Evgeny Nudler指出:“Rho广泛存在于细菌中,几乎能终止所有基因内的转录,其主要功能是调节转录水平以满足细菌的翻译需求,确保细菌不会因蛋白质过度表达而负担过重。”
论文第一作者Christopher J. Cardinale进一步解释说:“Rho蛋白的古老起源和普遍存在使其成为细菌快速生长的关键因素。细菌体积微小,不携带冗余DNA,Rho通过紧凑地‘打包’基因组,促进了细菌的高效生长。”
此外,研究发现Rho蛋白能够与两个辅助因子协同作用,沉默大肠杆菌基因组中的外来DNA。这些外来DNA通过数百万年前的横向基因转移进入细菌,具有潜在毒性,Rho的沉默功能有助于维持基因组稳定性和细菌生存。
虽然该研究尚无直接临床应用,但研究者推测,针对Rho蛋白的抗生素开发可能成为未来抗菌策略的新方向,尤其是在细菌抗药性通过横向转移迅速传播的背景下。