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一些病毒有一个神秘的'z'基因组

侵入细菌的病毒,被称为噬菌体,将其DNA注入细菌并劫持细菌的机器以复制自己。
侵入细菌的病毒,被称为噬菌体,将其DNA注入细菌并劫持细菌的机器以复制自己。 (图片信用:Keith Chambers / Science Library)

我们的行星上生命的蓝图通常是使用四字母的遗传字母表的DNA分子编写的。但一些细菌入侵病毒围绕着不同的字母Z - Z - 这可能有助于他们生存。而新的研究表明它比以前想到的要普及得多。

一系列新论文描述了这种奇怪的化学信是如何进入病毒的 脱氧核糖核酸而且研究人员现在已经证明,“Z-基因组”在全球的细菌入侵病毒中更广泛 - 可能甚至演变为帮助病原体在我们早期的热长,严酷的条件下存活 行星

分离 学习 于周四(4月29日)在学报上发表。 

脱氧核糖核酸几乎总是由称为核苷酸的相同的四字母表组成:鸟嘌呤(G),胞嘧啶(C),胸腺嘧啶(T)和腺嘌呤(A)。 DNA分子由两条这些化学物质组成,这些化学物质被捆绑成双螺旋形状。无论是由窗口编码青蛙,人类还是工厂,DNA的字母都是一样的,但指令是不同的。分子RNA使用几乎相同的字母,但使用尿嘧啶(U)代替胸腺嘧啶。

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1977年,俄罗斯的一群科学家首次发现了一种睾丸或a 病毒 侵入一组 细菌 被称为蓝细菌,取代了它的所有含量为化学2-氨基烯(Z)。换句话说,通常由我们的行星上大多数生物体组成的遗传字母表在这些病毒中的ZTCG。 

几十年来,这是一个头部划伤的发现 - 像拼写苹果一样奇怪“zpples” - 关于这种单字母替代可能影响病毒的情况知之甚少。在20世纪80年代后期,研究人员发现,这种Z核苷酸实际上给了病毒一些优点:它在较高温度下更稳定,它帮助一股DNA在复制后更准确地粘合到第二股DNA(DNA是双链) ,Z-DNA可以抵抗通常会破坏病毒DNA的细菌中存在的某些蛋白质。

现在,法国和中国中的两个研究群体发现了另一个谜题:这种Z-核苷酸如何最终在噬菌体的噬菌体的基因组中 - 侵入细菌的病毒,并使用其机械复制。

工厂Z.

所有三种研究组使用各种基因组技术,鉴定了导致释放Z-基因组的途径的一部分。

前两组发现了两个主要蛋白质,称为purz和purb,其参与制备Z-核苷酸。一旦紫绀将其DNA注射到细菌中以复制,就会发生一系列转化:这两种蛋白质制备前体Z分子,然后将Z前体分子转化为Z-核苷酸。然后其他蛋白质改性以使其可以掺入DNA中。  

第三组鉴定了负责从母体DNA分子组装新DNA分子的酶:称为DPOZ的DNA聚合酶。他们还发现该酶特异性排除A核苷酸,并且总是加入Z。

几十年来,Z-基因组只知道在一种蓝藻中存在。 “人们认为这种Z-Genome是如此罕见,”上海学院世界科学与技术学院助理教授Suwen Zhao表示,并说是其中一项研究的高级作者。 

赵和她的团队用Z-基因组分析了噬菌体的序列,并将它们与其他生物进行了比较。他们发现Z-Genomes实际上比以前想到的更广泛。 Z-基因组存在于200多种不同类型的噬菌体中。 

携带这种Z-Genome的噬菌体“可以被视为不同的生活方式”,法国Institut Pasteur的研究员Pierre Alexandre Kaminski,第三次研究第三个研究和共同作者的高级作者说。但是“很难了解确切的起源”,有必要探讨这种PURZ蛋白在噬菌体中存在的程度 - 甚至可能是甚至有机体,他告诉实时科学。

Kaminski和他的小组分析了 进化 PURZ蛋白的历史,并发现它与在古核中发现的蛋白质有关,该蛋白质合成A核苷酸。这种“远处”进化连接提出了在细菌中涉及制备Z-核苷酸的蛋白质并最终由病毒调整的蛋白质,或者它们是否在地球上的初步生活中更频繁地发生,或者甚至在细胞中,迈克尔在Yale大学的Grome和Farren Isaacs,他不是研究的一部分,在一篇相关的角度篇文章中写在杂志上 科学 on April 29.

他们撰写的35亿年前,他们写道,Purz和DPOZ通常将Z-Genomes与正常DNA一起存在。更重要的是,1969年,2011年2011年在南极洲落下的陨石上进行的分析发现了Z-核苷酸和各外源的一些标准和非标准核苷酸,“他们写道的早期生活中的Z潜在作用,”他们写道。

未来Z.

这可能是这种Z-Genome,如果它在我们星球历史的早期存在,可能会赋予早期生活的优势。赵说:“我认为它更适合Z-基因组的生物在炎热和恶劣的环境中生存,赵说。 

Z-基因组非常稳定。当两条正常的DNA股线加入一起形成双螺旋,两个 粘合结合A至T,三个氢键将G与C结合。但是当用Z代替Z时,三个氢键将它们粘合在一起,使得焊接更强。 Kaminski说,这是改变氢键的唯一非正常DNA。 

但Z-Genome今天并不奇怪,Z-Genome今天不普遍存在。 Z-基因组产生非常稳定,但不柔韧DNA,赵说。她说,对于许多复制DNA等生物事件,例如复制DNA,我们需要解除双链,并且她说,额外的氢键使得更加困难。 “我认为它更适合炎热和恶劣的环境,但现在不是这种舒适的环境,”赵说。 

尽管如此,Z-基因组的稳定性使其成为某些技术的理想候选者。现在研究人员知道病毒用来制作这些Z-genomes的蛋白质,科学家可以自己制作它们。 “现在我们可以大规模生产Z-基因组,”赵说。 

例如,Z-基因组可能有助于改善噬菌体疗法,这是一种使用噬菌体的细菌感染治疗方法,通常当细菌产生对抗生素的抗性时,她说。或者,根据透视制品,可用于改善基因治疗中使用的DNA链的寿命和靶向能力。更重要的是,根据透视制品,研究人员可以研究它们将Z-基因组掺入细胞以改善细胞的功能。 

但赵说,仍然有这么多关于Z-Genome的问题。例如,她希望了解其3D结构是否具有比正常DNA的差异的差异,而Kaminski希望进一步探索这种Z-基因组给予噬菌体以外的含量的优势,而不是帮助它避免细菌的防御蛋白质。

根据透视制品,Z-基因组在Z-基因组中还可以组成DNA相对RNA的链。如果该Z-基因组可以包含到病毒细菌宿主的基因中,它甚至不清楚。从这些研究中清楚的是,Z-Genome比我们想象的更广泛 - 并且可能有一个非常有趣的进化故事。

最初发表于现场科学。