有些细菌的细胞能游动，摇身一变为新的形式，甚至能变成危险的病毒———而所有这一切行动都无需DNA的介入。美国耶鲁大学研究人员在7月18日的《科学》杂志上描述了细菌是如何完成这些令人惊异的壮举的，并使人们终能一瞥地球上最早的生命看上去到底像什么。
报告的第一作者、耶鲁大学细胞与生物学教授罗纳德·布雷克称，为形成许多重要功能，细菌有时完全取决于RNA的古代形式，而RNA曾被简单地视为DNA指令和蛋白质创建间的化学中介。
今天，蛋白质几乎执行了所有的生命细胞功能，但许多像布雷克这样的科学家相信，情况并非总是这样，他们已经发现了很多例子，其中RNA在调控细胞活性方面发挥了令人惊讶的巨大作用。此次《科学》杂志发表的研究表明，在细菌中，至少蛋白质对于推动一系列基本的细胞改变并非总是必要的，布雷克相信这个过程在40亿年前的地球上，也就是在DNA出现前就已很普遍。
那么，RNA是如何触发古细胞内的变化，而无需任何存于现代细胞内的蛋白质的呢？通过描述一种称为周期di—GMP的微小球形RNA分子如何能够开启和关闭基因，布雷克的实验室揭开了这个数十年之久的谜团。这一过程决定了细菌是游动还是稳定地停留，以及是保持孤立还是加入其他细菌形成有机团———生物膜。举例来说，在能导致霍乱的霍乱弧菌中，周期di—GMP可关闭一种蛋白质的生产，而细菌需要这种蛋白质才能附着在人类肠子上。
这个只是由两个核苷酸组成的小RNA分子可激活一个更大的RNA结构———核糖开关。布雷克的实验室于6年前在细菌中发现了核糖开关，研究表明它们能调控惊人数量的生物活性。位于单股信使RNA内的核糖开关，能独立地决定激活细胞内的某个基因，这种能力曾被认为是蛋白质的专利。
布雷克在他自己的实验室里利用化学方法创建了核糖开关，该核糖开关能有效地调控基因表达，这也预示着这种RNA结构也能在自然中找到。从2002年以来，包括此次论文中描述的一类在内，已发现了大约20类的核糖开关，大多数都隐藏在DNA的非基因编码区。
无需蛋白质的参与，细菌利用RNA就能发生重要变化，解决了关于生命起源的一个重大问题：如果蛋白质是执行生命功能所必需的，而DNA又是生成蛋白质所必需的，那么DNA是如何出现的呢？
这个答案就是布雷克和其他研究人员所称的“RNA世界”。他们认为，数十亿年前，组成RNA的单股核苷酸就是生命的第一种形式，他们执行了现在由蛋白质所完成的某些复杂的细胞功能。核糖开关在细菌中被高度保留下来，说明了其重要性和古老性。
布雷克指出，了解这些RNA的工作机制可导致更好的医学治疗方法的出现。譬如，一个周期di—GMP的模拟分子就可用来终止或缓解像霍乱这样的细菌感染。（生物谷Bioon.com）
生物谷推荐原始出处：
Science 18 July 2008: Vol. 321. no. 5887, pp. 411 - 413 DOI: 10.1126/science.1159519
Riboswitches in Eubacteria Sense the Second Messenger Cyclic Di-GMP
N. Sudarsan,1 E. R. Lee,2 Z. Weinberg,2 R. H. Moy,3 J. N. Kim,2 K. H. Link,1 R. R. Breaker1,2,3*
Cyclic di-guanosine monophosphate (di-GMP) is a circular RNA dinucleotide that functions as a second messenger in diverse species of bacteria to trigger wide-ranging physiological changes, including cell differentiation, conversion between motile and biofilm lifestyles, and virulence gene expression. However, the mechanisms by which cyclic di-GMP regulates gene expression have remained a mystery. We found that cyclic di-GMP in many bacterial species is sensed by a riboswitch class in messenger RNA that controls the expression of genes involved in numerous fundamental cellular processes. A variety of cyclic di-GMP regulons are revealed, including some riboswitches associated with virulence gene expression, pilus formation, and flagellum biosynthesis. In addition, sequences matching the consensus for cyclic di-GMP riboswitches are present in the genome of a bacteriophage.
1 Howard Hughes Medical Institute, Yale University, New Haven, CT 06520, USA.
2 Department of Molecular, Cellular and Developmental Biology, Yale University, New Haven, CT 06520, USA.
3 Department of Molecular Biophysics and Biochemistry, Yale University, New Haven, CT 06520, USA.
* To whom correspondence should be addressed. E-mail: ronald.breaker@yale.edu
