加州大學(xué)圣芭芭拉分校的研究人員發(fā)現(xiàn)大腸桿菌的Dam酶在DNA上移動(dòng)進(jìn)行修飾時(shí)會(huì)發(fā)生“跳躍”，并對其物理特性和行為進(jìn)行了分析，這一研究成果能為生物醫(yī)學(xué)研究和其他科學(xué)應(yīng)用提供幫助。該文章發(fā)表在Journal of Biological Chemistry雜志上。

大腸桿菌的適應(yīng)機(jī)制使其能依據(jù)不同環(huán)境改變自己的表型（可觀察到的特性）。例如，大腸桿菌在需要尋找食物、粘附宿主組織、或者繁殖時(shí)，細(xì)菌表面會(huì)形成纖毛（毛發(fā)狀結(jié)構(gòu)），使其能夠移動(dòng)、粘附或傳遞遺傳物質(zhì)。

“我們希望了解細(xì)胞中是什么引發(fā)了這些改變，”文章*作者Adam Pollak說。

DNA腺嘌呤甲基轉(zhuǎn)移酶Dam給DNA特定序列（GATC位點(diǎn)）加上甲基化標(biāo)簽，就是這種表觀遺傳學(xué)機(jī)制促使纖毛形成。類似這樣的標(biāo)簽信號機(jī)制，也在人體內(nèi)指導(dǎo)著由同樣的DNA序列形成不同器官組織的過程。這些DNA修飾標(biāo)簽的添加屬于一個(gè)廣泛的領(lǐng)域，表觀遺傳學(xué)，即調(diào)節(jié)基因表達(dá)的基因組可遺傳修飾。

此前普遍觀點(diǎn)認(rèn)為Dam酶只在細(xì)菌雙螺旋DNA的一條鏈上移動(dòng)尋找GATC位點(diǎn)，但研究人員發(fā)現(xiàn)，實(shí)際上Dam會(huì)在雙螺旋兩條鏈的GATC位點(diǎn)上“跳躍”。

研究人員利用DpnI限制性內(nèi)切酶進(jìn)行基因工程改造，得到了甲基化位點(diǎn)間的長度和距離各異的多條DNA序列，并由此發(fā)現(xiàn)GATC位點(diǎn)的聚集會(huì)使Dam酶跳躍得更加頻繁。例如，當(dāng)兩個(gè)識(shí)別位點(diǎn)間距在10-200bp以內(nèi)時(shí)，Dam跳躍發(fā)生的可能性更高。GATC 位點(diǎn)的聚集與基因調(diào)控關(guān)系密切，而雙螺旋上單獨(dú)的GATC位點(diǎn)與DNA復(fù)制有關(guān)。文章還提到，Dam在DNA上移動(dòng)時(shí)，未定位GATC序列的時(shí)間越長，發(fā)生跳躍的可能性越小，但GATC序列的引入會(huì)再次激活這一跳躍機(jī)制。

文章指出，Dam酶的跳躍機(jī)制能夠解釋為何DNA修飾酶能在海量非特異性DNA中找到自己的識(shí)別位點(diǎn)，以及為何Dam酶能夠無視反義鏈方向而修飾多個(gè)位點(diǎn)。

“舉例來說，如果我們找到一種上述開關(guān)的抑制劑，尿路感染就沒有立足之地了。”Pollak說。

研究團(tuán)隊(duì)近期還發(fā)表了一篇文章，描述了人體內(nèi)的類似機(jī)制，而這一機(jī)制在特定白血病類型中被破壞。

該研究團(tuán)隊(duì)對大腸桿菌的行為、影響毒力的因素、抗性和繁殖力進(jìn)行了數(shù)十年的研究。研究上述大腸桿菌能力的開關(guān)機(jī)制，將幫助人們了解這些能與人類共生有時(shí)又會(huì)引發(fā)疾病的細(xì)菌，并有助于相關(guān)疾病的治療。