选择一部影戏作为影戏之夜的主题往往是一件难以决议的事情。但试想，若是你能选择一部影戏，可以让你洞察维系生命的基本生物历程，会是怎样一种体验 ？研究职员首次制作了一部“实时分子影戏”，展示了细菌中两个要害细胞历程——转录和翻译——怎样相互作用。
图片链接：https://www.eurekalert.org/multimedia/1051485
图片信息：海德堡 EMBL 的单分子多色荧鲜明微镜使 Duss 小组能够捕获到一段视频，该视频显示了细菌 RNA 聚合酶（用粉红色球体标记）和核糖体（用绿色球体标记）在统一个 mRNA 分子（球体之间的白线）上希望时的相互作用。
在所有生物体中，DNA承载着决议细胞结构和功效的遗传代码。一种名为RNA聚合酶的酶认真解读这段代码，并将其转化为RNA，一种与DNA很是相似的分子。这一历程称为转录。随后，一种被称为“核糖体”的分子机械使用RNA中编码的信息合成卵白质，而卵白质执行了细胞中大部分主要功效。这一历程被称为翻译。
“在细菌细胞中，转录和翻译爆发在统一个细胞区域，”欧洲分子生物学实验室（EMBL）海德堡分部研究组认真人、该研究的高级作者Olivier Duss诠释说，“在人类细胞中，转录爆发在细胞核中，那里贮存着DNA，并与细胞的其他部分通过膜脱离。而转录天生的RNA随后会被运送到细胞核外，在细胞质中完成翻译。而细菌细胞的结构简朴得多，没有细胞核，这使得转录和翻译不但可以在统一所在爆发，还可以同时举行。”
此前，科学家已经对转录和翻译划分作为单独历程举行了研究，但两者之间怎样相互作用却尚未被完全明确。部分缘故原由在于现有研究要领（如冷冻电子显微手艺）需要对样本举行冷冻，因此只能提供这些历程的静态图像。
这一问题引起了Duss研究团队的关注。他们使用单分子手艺、结构生物学和生物化学等要领，研究加入要害细胞功效的大型分子机械怎样协同事情。
为探讨转录和翻译怎样协同举行，研究团队在科学家Nusrat Qureshi的配合向导下，人工模拟了这些历程所需的细胞情形。这使得他们能够通过一种名为单分子多色荧鲜明微镜的手艺，精准追踪单对核糖体和RNA聚合酶的动态。
简朴来说，这种手艺通过为RNA聚合酶和核糖体标记细小的化学物质，使其充当靠近传感器。当这两种分子爆发相互作用时，它们会发出一种可被荧鲜明微镜捕获的信号 ；而当它们阻止相互作用时，信号便会消逝。
借助这一手艺，科学家捕获到了RNA聚合酶和核糖体相互作用的数分钟动态画面。他们首次能够通过显微镜同时视察转录和翻译的现实举行历程。
“能够真正看到整个历程让我很是兴奋，”Duss体现，“我们可以将这些静态的瞬间连贯起来，转化为动态的画面，从而更好地明确这两种分子机械的协作机制。通过将这些信息拼接在一起，我们能够发明一些无法通过其他要领展望的新行为。”
科学家们发明的一个新征象是，RNA聚合酶和核糖体甚至可以通过一段相当长的环状RNA举行远距离通讯。
在这种情形下，这两种分子机械的行为类似一对通过长绳相连的爬山者。绳索既足够松懈以阻止碰撞，又足够细密以便在需要时相互支持。
研究团队还视察到，当翻译与转录同时举行时，转录效率会显著提高� ；痪浠八�，当活跃的RNA聚合酶在统一RNA分子上被一个推进中的核糖体紧随时，其事情效率更高。
“能够直观地看到这些历程的协作真的很美妙，”Duss体现，“任何团队相助的人都明确协作的主要性。若是每小我私家只顾自己，效率通� ；岣�� ？雌鹄�，细胞的分子机械也掌握了这个原理。”
只管本研究聚焦于人工情形中的分子历程，Duss研究组妄想将研究规模扩展至活细胞。他们还妄想在未来的研究中纳入其他细胞历程，以探讨是否有更多分子机械加入这一“协同攀爬”。
通过展现细菌中这些基本细胞历程的运行机制，这项研究为探索相关领域的新思绪涤讪了基础。
杂志：Nature
DOI：10.1038/s41586-024-08308-w
