揭开细菌DNA超缠绕的秘密

来自杜伦大学、雅盖隆大学（波兰）和约翰英纳斯中心的研究人员在理解DNA回转酶方面取得了突破，这是一种重要的细菌酶和关键的抗生素靶点。

　　

来自杜伦大学、雅盖隆大学（波兰）和约翰英纳斯中心的研究人员在理解DNA旋转酶（DNA gyrase）方面取得了突破，这是一种重要的细菌酶和关键的抗生素靶点。

这种酶存在于细菌中，但在人类中不存在，它在DNA的超盘绕中起着至关重要的作用，这是细菌生存的必要过程。

利用高分辨率冷冻电子显微镜，研究人员揭示了gyrase对DNA作用的前所未有的细节，可能为针对耐药细菌的新抗生素疗法打开大门。

这项研究发表在美国国家科学院院刊（PNAS）上。

DNA旋转酶就像一个微小的分子机器，小心地扭曲和稳定细菌的DNA。这种扭曲，被称为超缠绕，类似于缠绕橡皮筋：当它扭曲时，它会越来越紧。

与释放后会散开的条带不同，DNA回转酶稳定了DNA的扭曲形式，使其对细菌起作用。

这种酶将DNA包裹成一个“八字形”的环，然后精确地断裂，让DNA链相互穿过，之后再重新密封。这是一个微妙的过程，如果DNA一直被破坏，对细菌来说将是致命的。

氟喹诺酮类药物等抗生素通过阻止DNA重新密封来利用这种脆弱性，从而杀死细菌细胞。然而，对这些抗生素的耐药性正在增长，因此迫切需要更深入地了解gyrase的功能。

利用最先进的低温电子显微镜，研究小组捕捉到了gyrase工作的快照，揭示了它是如何通过伸出的蛋白质臂包裹DNA形成八字形状的。

这一发现更新了几十年来人们对旋转机制的传统看法。这些图像显示，这种酶是一个高度协调的多部分系统，每一部分都以精确的顺序移动，以实现DNA的超盘绕。杜伦大学教授Jonathan Heddle说：“结果表明，在超缠绕过程中，酶的复杂运动部分的确切位置和顺序与我们之前认为的不太一样，这可能会影响我们设计新抑制剂的方式。”

这一发现不仅提高了我们对细菌生物学的认识，而且为设计新的抗生素提供了希望，这些抗生素可以绕过现有的耐药机制，以更有针对性的方式阻断gyrase。

有了这个高分辨率的结构作为指导，研究人员的目标是在不同阶段对酶进行额外的快照，建立一个螺旋酶如何工作的分子电影。

这种详细的方法可以帮助开发下一代抗生素，更精确、更有效地阻止细菌感染。