Cell：DNA的功能僅是攜帶遺傳信息，那你Out了！它還讓細胞膨脹

作為生命的基本單元，細胞是所有有機體中研究得最為詳細的組分之一。然而關於細胞是如何塑造的等基本過程的細節仍然是一個謎。如今，在一項新的研究中，來自美國加州大學聖地亞哥分校的研究人員針對細胞形成的根源取得了一項意想不到的發現。相關研究結果發表在2018年2月8日的Cell期刊上，論文標題為「Chromosome Translocation Inflates Bacillus Forespores and Impacts Cellular Morphology」。

圖片來自Valentina Brostean。

正如這項研究中報道的那樣，生物學家Javier Lopez-Garrido、Kit Pogliano和他們在加州大學聖地亞哥分校和英國倫敦帝國學院的同事們發現DNA在細菌細胞的形成過程中發揮著一種意想不到的結構作用。

通過研究枯草芽孢桿菌，這些研究人員利用一系列實驗和技術揭示出除了用於編碼遺傳信息之外，DNA也給細菌細胞「打氣」。

Lopez-Garrido說，「我們的研究表明DNA的作用是像氣球中的空氣一樣，讓細胞膨脹。眾所周知，DNA是攜帶遺傳信息的分子，但越來越明顯的是，它也做與這一點不相關的其他事情。」

這些研究人員說，這些結果可能與人類細胞的產生和塑造方式有關，也有助於解釋細胞核和線粒體的基礎過程和結構。這個結果也可能允許科學家們看到細胞生命本身的起源。 Lopez-Garrido說，現代的細菌細胞已產生多種機制來控制它們的內部壓力。然而，在地球上的生命剛開始產生時，這些機制並不存在於原始細胞中。DNA能夠讓細胞膨脹的發現可能允許科學家能夠更好地理解地球上出現的第一個細胞的生理機能。

Pogliano說，「生物學家傾向於認為細胞生長遵循正常的生物合成途徑，但是我們發現了一個不正常的途徑，這是因為它並不依賴於正常的細胞生長所需的過程。細胞生長所需的一切是利用DNA及其攜帶的正電荷離子讓它膨脹，和能夠製造更多的膜，因此細胞就能夠變得更大，除此之外，似乎就沒有什麼其他需要的。」

這些研究人員利用延時熒光顯微鏡（time-lapse fluorescent microscopy）追蹤枯草芽孢桿菌通過一種被稱作芽孢形成（sporulation）的過程形成的細菌細胞。在這個過程中，細胞分裂成一個母細胞和一個更小的細胞，或者說前芽孢（forespore）。通過利用低溫電子斷層掃描技術捕獲這個過程中的大特寫鏡頭，他們還觀察到這個母細胞在一個拉伸和腫脹的過程中利用DNA讓給這個前芽孢膨脹，最終形成一個新的雞蛋形細胞。

Pogliano說，「我們剛開始抓住物理學如何影響有機體的最表面一層，這真是太神奇了。這是一個非常簡單的生物物理性質影響細胞形狀的一個獨特的例子，它說明了物理學家與生物學家密切合作的價值。理解物理學和生物學如何相互交叉是未來發展的一個巨大領域。」（生物谷 Bioon.com）

參考資料：

Javier Lopez-Garrido, Nikola Ojkic, Kanika Khanna et al. Chromosome Translocation Inflates Bacillus Forespores and Impacts Cellular Morphology. Cell, 8 February 2018, 172(4):758–770, doi:10.1016/j.cell.2018.01.027

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