Science：大型基因网络揭秘应激、突变与适应性

　　Dr. Susan Rosenberg的大部分职业生涯都在研究细菌应激及其引起的突变。日前她终于完成了整个拼图，在Science杂志上发表文章描述了细胞应激时DNA断裂修复的致突变机制，展示了这一精密基因网络中的全部成员。

　　“我们发现整个网络包括93个基因，其中有一大半都经由三个节点汇入下游的突变形成通路，”Baylor医学院分子和人类遗传学教授Rosenberg 说，Rosenberg教授是2009年NIH先驱奖的获得者(NIH Director"s Pioneer Award)。

　　研究人员在这项开创性研究中发现，饥饿或环境恶劣(如抗生素)等应激条件会使突变率增加。在此之前，人们一般认为突变是随着时间推移逐渐累积的持续过程，有些突变是有害的，而有些突变能够帮助生物存活。这项研究对这一观点提出了挑战。

　　为了确定引起应激反应的细胞通路，“我们筛查了大肠杆菌(Escherichia coli)发生细胞应激所需的每一个基因，”Rosenberg说。E. coli是实验室中常用来研究细胞基础机制的模式生物，其DNA等元件的工作机制与人类有类似之处。

　　研究人员发现，在应激反应过程中，突变并不是修复DNA链断裂的必需过程。若他们在该过程中敲除“易出错”的DNA聚合酶，“DNA能够很好的修复，没有出现突变。”因此，细胞修复DNA并不需要突变，而是DNA修复促使了更多突变的产生。当细胞难以适应环境时，就会产生更多的突变，而且绝大多数突变都是有益的。

　　“此前，人们认为应激的致突变机制涉及16个蛋白。”Rosenberg说。“而我们找出了细胞中这一过程所需的所有蛋白。”研究显示，这一蛋白网络中大部分成员是在应激反应的上游起作用，负责“感知”应激条件。而且该网络中存在三个枢纽，即应激反应调控子RpoS、RpoE和SOS。

　　目前，研究人员已经了解了应激致突变网络中超过半数的蛋白功能，他们正在对其余蛋白功能进行研究。他们向人们展示了细胞感知环境的特定通路，揭示了应激反应DNA修复的致突变机制及其核心。

　　“这项研究证实，应激反应对突变形成有调控作用，在细胞难以适应环境时造成更多突变，让细胞得以较快适应，” Rosenberg。

　　在许多生物学领域人们都相继发现了一些大型蛋白网络，但往往难以一一确定这些蛋白在特定生物学过程中所起的作用。而这项研究正是从发现基因网络开始，深入解析了网络中各个蛋白的功能，为人们带来了深远的启示。