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细菌染色体的组织机制尚未完全明晰。研究人员针对快速生长的大肠杆菌（Escherichia coli）类核开展研究，运用单分子定位显微镜和活细胞成像技术，发现转录、翻译等对其类核组织有重要作用。该研究为理解细菌染色体组织提供了关键依据。
在微观的细菌世界里，细菌染色体的时空组织一直是生命科学领域的神秘谜题。细菌虽小，但其染色体的组织却对自身的生存、繁殖至关重要。一直以来，科学家们都知道细菌染色体在时空上是有序组织的，并且会对环境变化做出反应。然而，染色体构型和重组背后的机制却如同隐藏在重重迷雾之中，未被完全揭开。比如，细菌的类核（指细菌细胞内的染色体 DNA 实体）在不同生长条件下的组织方式差异显著，但究竟是什么因素在其中发挥关键作用，又如何发挥作用，这些问题始终困扰着科研人员。为了破解这些谜团，来自德国歌德大学法兰克福分校、英国纽卡斯尔大学等多个研究机构的研究人员展开了深入研究，相关成果发表在《Nature Communications》上。
研究人员主要运用了单分子定位显微镜（Single - molecule localization microscopy，SMLM）和活细胞成像技术。通过这些技术，他们得以在纳米尺度和活细胞状态下观察大肠杆菌类核的组织结构及动态变化。
快速生长的大肠杆菌类核的结构与定位
研究人员利用代谢标记和 3D 成像技术，发现快速生长的大肠杆菌类核呈现出凝聚的、靠近细胞膜的构型，在横截面上有明显的无 DNA 中心区域。通过与 MreB（伸长体的一部分）共成像以及垂直细胞成像技术（VerCINI）验证，进一步确定了类核在快速生长时靠近细胞膜的位置，而在缓慢生长时位于细胞径向中心。
生物合成过程抑制对类核组织的影响
研究人员用多种抗生素处理大肠杆菌，抑制细胞壁合成、蛋白质生物合成、蛋白质转运和 DNA 超螺旋等过程。结果显示，抑制细胞壁合成会使细胞形态改变，类核定位和形态在细胞变为球形时才发生变化；抑制蛋白质生物合成则会导致类核形态急剧改变，转录或翻译抑制后，类核迅速收缩，之后转录抑制下类核会扩张，而翻译抑制下继续收缩；DNA 复制抑制使类核定位到细胞中心。
超分辨率显微镜揭示的类核重组
运用超分辨率成像技术，研究人员观察到在抑制蛋白质生物合成时，类核从靠近细胞膜的位置向细胞中心重组。通过分析径向强度分布（RID）等指标，发现转录和翻译抑制对类核排列影响最大，会使 DNA 分布向细胞中心移动，类核与细胞膜距离增加。同时，研究还发现类核与 MreB 存在一定的空间相关性，且这种相关性在转录和翻译抑制时会消失。
RNase E 对类核形态的影响
研究人员通过对表达野生型 RNase E 和缺失 A 段的 RNase E（ΔA）的大肠杆菌进行超分辨率成像，发现改变 RNase E 的定位或表达水平，对类核形态影响较小，仅略微增加了 DNA 与细胞膜的距离。
类核压缩与细胞几何的关系
研究人员在经 MP265 预处理变宽的细胞中抑制蛋白质生物合成，发现类核压缩主要取决于活跃转录，而非细胞几何。在较大的昆虫病原菌 Xenorhabdus doucetiae 细胞中，也观察到类似的类核组织变化，进一步支持了细胞尺寸和限制影响类核组织的观点。
研究表明，转录和翻译，可能在转位（transertion，指转录、翻译和膜插入的偶联过程）的背景下，是细菌类核的主要组织者。改变代谢状态和抗生素处理会导致类核空间组织的重大变化。这项研究不仅为理解细菌染色体组织提供了新的视角，还建立了定量评估类核组织的分析工具，有助于进一步研究细菌细胞内的时空组织机制，为相关领域的研究开辟了新的道路，对深入了解细菌的生命活动和开发新型抗菌策略具有重要意义。
