嗜热性喜热细菌可能是地球上最早的生命形式之一。研究人员正在研究他们的曾曾曾曾孙，比如生活在黄石公园大棱镜泉的那些人，以了解这些早期细菌是如何修复他们的DNA的。
你觉得你的生活很艰难吗?想象一个微小的细菌试图在一个年轻而荒凉的地球上立足。地球上最早的生命形式忍受着灼热的高温、紫外线辐射和缺氧的大气层。
本杰明·卢梭(Benjamin Rousseau)是杜克大学大卫·贝拉坦(David Beratan)实验室的研究技术员，他研究的是一种分子机器，可以帮助这些细菌在恶劣的环境中存活。这种分子被称为光解酶，它能修复被紫外线
2破坏的DNA，而紫外线
2与让我们晒伤并使我们更容易患皮肤癌的太阳光波长相同。
卢梭说:“任何在阳光下的
2这个词的两种意思都必须有自我修复的方法，而光解酶蛋白就是其中之一。”“它们是最古老的修复蛋白之一。”
尽管这些蛋白质已经存在了数十亿年，科学家们仍然不太确定它们是如何工作的。在一项新的研究中，卢梭和他的同事们与大卫·贝拉坦教授和助理研究教授阿古斯蒂诺·米格里奥雷合作，利用计算机模拟研究了嗜热菌中的光解酶。
这项研究发表在2月28日出版的《美国化学学会杂志》上。
DNA由一系列碱基
2 A、C、G和T组成，它们的顺序编码我们的遗传信息。紫外光可以触发两个相邻的碱基发生反应，并将它们锁在另一个碱基上，使得这些基因指令无法读取。
光解酶利用分子天线捕捉太阳光线并将其转化为电子。然后，它将电子传递给DNA链，引发一个反应，将两个碱基分开，恢复基因信息。
光解酶蛋白利用分子天线(右边的绿色、蓝色和红色结构)收集光并将其转化为电子。中间含有腺嘌呤的结构将电子传递给DNA链，分裂DNA碱基。资料来源:本杰明·卢梭，《美国化学学会杂志》提供。
卢梭研究了一种叫做腺嘌呤的分子在将电子从分子天线传送到DNA链中的作用。他研究了古代嗜热细菌的祖先，即嗜热细菌，以及更现代的细菌，如在中等温度下生长旺盛的大肠杆菌，即嗜热细菌中的光解酶。
他发现，在嗜热细胞中，腺嘌呤在将电子转移到DNA中发挥了作用。但在大肠杆菌中，腺嘌呤处于不同的位置，主要提供结构支持。
卢梭说，研究结果“有力地表明，嗜中性细胞和嗜热细胞在使用腺嘌呤进行电子转移修复机制方面存在根本差异。”
他还发现，当他把大肠杆菌冷却到20摄氏度
2，大约68华氏度
2时，腺嘌呤会重新回到原位，恢复其运输功能。
“它就像一个温度控制开关，”卢梭说。
虽然人类不再使用光解酶来修复DNA，但这种蛋白质在细菌、真菌和植物
2等多种生物中都存在，甚至被研究用作防晒霜的成分，以帮助修复紫外线损伤的皮肤。
卢梭说，准确理解光解酶的工作原理也可以帮助研究人员设计具有多种新功能的蛋白质。
卢梭说:“光解酶在它自己的
2上做所有的工作，它收集光，它把电子长距离地转移到另一个位置，然后它分裂DNA碱基。”“具有这种功能过剩的蛋白质往往是蛋白质工程的一个有吸引力的目标。”
作者:Kara Manke
新闻旨在传播有益信息，英文原版地址：https://researchblog.duke.edu/2018/03/02/how-earths-earliest-lifeforms-protected-their-genes/