研究背景与重要性

 

在一项发表于2024年11月29日《Science》期刊上的研究中，来自法国国家科学研究中心、法国国家健康与医学研究院、斯特拉斯堡大学和密歇根大学等机构的研究人员，利用先进的显微镜技术，详细成像并解析了细菌核糖体如何招募新合成的mRNA以开始蛋白质合成的过程。这一过程对于理解基因表达的基本机制至关重要，并可能为开发新的抗菌策略提供理论基础。

 

 研究方法与发现

 

论文共同通讯作者Albert Weixlbaumer将这一过程比作一本书被送到读者手中的方式。“了解核糖体如何捕获或‘招募’mRNA是接下来发生的所有事情的先决条件。”研究人员通过低温电镜（cryo-EM）和其他先进技术，如单分子荧光显微镜，观察到了RNA聚合酶（RNAP）与核糖体之间的耦合机制，以及mRNA是如何被递送给核糖体的。

 

- **RNAP的双重锚定机制**：研究表明，RNAP使用两个不同的锚点来拴住核糖体，确保其站稳脚跟并启动蛋白合成。一个锚点涉及核糖体蛋白bS1与mRNA的anti-SD序列结合，另一个则通过转录因子NusG或其变体RfaH与核糖体mRNA进入通道的连接。

  

- **mRNA的高效传递**：当核糖体蛋白bS1存在时，从RNAP出来的新生mRNA能够更有效地与核糖体小亚基（30S）结合，这有助于mRNA展开并准备好进行翻译。此外，NusG或RfaH的存在也为mRNA提供了另一条通往核糖体的路径，增加了系统的冗余性和稳定性。

 

- **实验验证**：为了确认这些发现，研究人员不仅使用了纯化的成分进行了体外重建实验，还通过多种实验系统验证了这些成分的行为是否一致。例如，他们用不同颜色的荧光标签标记新生RNA和核糖体，从而能够在高倍显微镜下追踪这些分子机器的工作速度及其动力学特性。

 

 新型抗生素开发的潜力

 

了解这些基本过程为开发靶向细菌蛋白合成特定途径的新型抗生素提供了巨大潜力。传统抗生素通常靶向核糖体或RNAP，但细菌可以通过进化和变异对抗这些药物产生抗药性。基于这项研究的新知识，科学家们希望通过同时干扰多个关键步骤——比如RNAP、核糖体和mRNA之间的界面——来克服这种抗药性问题。

 

论文共同第一作者Adrien Chauvier指出，“我们可以靶向这个界面，特别是 RNAP、核糖体和 mRNA 之间的界面，通过使用一种化合物来干扰这种复合物的招募或稳定性。”

 

 结语

 

这项研究不仅加深了我们对原核生物中转录和翻译耦合的理解，还展示了跨学科合作和技术进步的力量。未来的研究将继续探索这种复杂分子机器的具体工作原理，寻找更多潜在的药物靶点，为解决全球性的抗生素耐药性危机提供新的解决方案。

 

综上所述，该研究揭示了细菌核糖体招募mRNA的分子基础，强调了RNAP与核糖体之间耦合的重要性，并提出了针对这一过程开发新型抗生素的可能性。随着进一步的研究，我们有望看到更多创新疗法出现，用于治疗由细菌引起的疾病。