2013年8月1日

噬菌體基因也能表現細胞骨架蛋白

作者/許家偉(業餘科普撰稿人)

細胞骨架(cytoskeleton)在細胞裡的功能,就像建築物的鋼筋,用來打造及維持大樓的結構。雖然教科書上都說細胞骨架是真核細胞的特徵,但在過去的十多年來,科學家在原核細胞裡也發現類似真核細胞的肌動蛋白(actin)和微管蛋白(tubulin)這兩類細胞骨架蛋白(cytoskeletal protein),例如細菌裡的MreB肌動蛋白及FtsZ微管蛋白,所以科學家也漸漸掌握了細胞骨架系統在生物系統中的演化軌跡。那麼,結構比細菌還要簡單的病毒,會不會也有細胞骨架的基因呢?如果有,細胞骨架蛋白質對病毒又肩負起甚麼任務呢?
細胞骨架:圖中淺色部分為真核細胞中的細胞骨架示意。

細胞骨架是真核細胞內用來支撐、運送物質的蛋白纖維網路結構。細胞骨架的主要功能不僅在於維持細胞形態,承受外力、保持細胞內部結構,且能在細胞活動中進行重組,參與了細胞的各類運動、物質運輸、能量和資訊傳遞、基因表達和細胞分裂等生命活動。

美國加州大學三藩市分校(UCSF) 及聖地牙哥分校(UCSD) 的聯合研究小組的確發現一種專門感染細菌的病毒—— 噬菌體(bacteriophage) —— 也會表現微管蛋白來協助噬菌體自己的增生。

研究人員先用電腦搜尋不同噬菌體基因庫的DNA序列, 看看有沒有類似微管蛋白的DNA。他們發現在一種稱為綠針假單胞菌噬菌體(Pseudomonas chlororaphis phage)的DNA序列上,找到類似微管蛋白的基因,就稱為phuZ基因,而這個基因所表現的蛋白就稱為PhuZ。之後將PhuZ 接上一種會發綠色螢光的蛋白,就可以直接用螢光顯微鏡觀察PhuZ 蛋白在細菌裡的特性。研究人員觀察到PhuZ 在剛表現的初期,仍處於低濃度時,是平均分散在細菌裡的,但當其濃度增加到特定程度之後,PhuZ就會聚合成一條條的管束狀,這跟一般細胞骨架蛋白的聚合作用(polymerization)一樣。若在試管內進行生化分折,鑑定出PhuZ的聚合作用是要依靠GTP 小分子的幫助,這正是微管蛋白的聚合作用的特徵。【更詳細的內容,請參閱第524期科學月刊】

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