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对于大多数生物来说 ， 快速而完美地修复基因中断可能是生死攸关的问题 。 即使是序列中最简单的更改也会带来灾难性的后果 ， 尤其是当更改的代码负责关键功能时 。
在过去的半个世纪里 ， 生物学家研究了将大部分与DNA忠实修复相关的主要步骤拼凑在一起的机制 。 然而 ， 该过程的一部分仍然令人沮丧地不清楚 。
瑞典乌普萨拉大学的研究人员用荧光标签标记关键酶和DNA ， 并实时观察大肠杆菌模型中的修复过程 ， 从而填补了细菌如何找到他们赖以保持基因修复无误的模板的缺失细节 。
大多数生物用来保持代码有序的一个技巧是同源重组过程 ， 这在生物学上相当于比较一个脚本的两个不同版本 ， 以确保副本没有错误地引入任何错误 。
通过在修复工作旁边放置一个未损坏的序列版本 ， 单元可以确保当切断的末端粘在一起时不会发生任何变化 。
分子生物学家早就知道重组酶蛋白RecA 在管理这个过程中起着关键作用 。 它是维持 DNA完整性的一种重要酶 ， 以至于在几乎所有研究的物种中都发现了它的某些版本 。
当DNA 的双链“阶梯”完全断裂时 ， 蛋白质复合物开始工作 ， 抓住切断的末端并整齐地修剪它 ， 这样RecA就可以安顿下来并完成它的工作 。
这涉及蛋白质延伸到一个长簇中 ， 形成蛋白质和核酸的细丝 ， 能够固定在断裂的链上和第二个完整的未断裂DNA梯子上 。
科学家知道的就这么多 。 从那里 ， 重组酶蛋白RecA需要找到正确的序列作为比较点 。 在50年的大部分时间里 ， 重组酶蛋白RecA如何在足够短的时间内完成这一搜索一直是个谜 ， 在复杂的染色体曲折中 ， 还有数百万个碱基对需要检查 。
为了更好地了解酶在工作中的时间和导航 ， 研究人员在一系列微小通道内培养了数千个大肠杆菌细胞 ， 使他们能够在进行实验时跟踪单个细菌 。
将细胞放置到位后 ， 科学家们使用CRISPR基因编辑技术在DNA中精确断裂 ， 用荧光标记物标记切断的末端 ， 以便在显微镜下观察断裂的位置 。
【科学家|科学家们实时观察细菌修复断裂的DNA，以了解它是如何完成的】乌普萨拉大学分子生物学家雅库布·维克托（Jakub Wiktor）说：“微流控培养芯片使我们能够同时跟踪数千个个体细菌的命运 ， 并及时控制 CRISPR 诱导的DNA断裂 。 ”
最后 ， 他们使用抗体来确定重组酶蛋白RecA的位置 。 当整个修复过程完成时 ， 化学警报通知团队 ， 平均而言 ， 大肠杆菌完成这项工作只需要15分钟 。 令人惊讶的是 ， 蛋白质找到正确模板通常只需要9分钟 。
秘密似乎在于RecA 核蛋白丝的构建 。 这条线穿过细胞 ， 抓住染色体并向下滑动以寻找与其掌握的序列相匹配的序列 。
虽然这听起来可能不是那么有效 ， 但这与有条不紊地在图书馆的过道上走来走去寻找与目录中的索书号相匹配的书籍没有什么不同 。
“由于DNA末端被整合到这种蛋白丝中 ， 细丝的任何部分都足以找到宝贵的模板 ， 因此理论上搜索从三个维度减少到两个维度 。 ”阿维德·吉诺说 ， “我们的模型表明 ， 这是快速成功的同源修复的关键 。 ”
虽然这项研究是针对细菌进行的 ， 但RecA在整个生物圈中如此相似的事实使它与我们自己的身体相关 。
现在我们知道了这个过程是如何运作的 ， 我们可以开始寻找修复我们自己的DNA出错的情况的迹象 ， 为了解癌症等疾病的起源开辟了道路 。
这项研究发表在《自然》杂志上 。
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