对于所有生物来说，“转录作用（transcription）”是生物细胞内运作的基础，它的功能可以解释成细胞内解读 DNA 基因密码的过程，细胞透过转录作用机制“阅读”DNA 编码，并以此为基础制造和调控蛋白质的生成，能够影响整个细胞生长代谢以及各种功能。在最新发表的研究中，科学家首次以冷冻电子显微技术来研究转录作用中的细节，这些研究成果将能够帮助未来科学家对针对细菌转录作用阶段进行干扰的抗生素。
DNA 是由两股去氧核糖核酸序列所构成，在一般的状况下，两股会互相连接并扭转成螺旋状立体结构，也就是我们想到 DNA 时脑中会浮现的双股螺旋形态。然而在 DNA 进行转录的过程中，两股序列会被几种特殊分子拉开，解开双股螺旋形的 DNA 结构并防止两股 DNA 自然的黏合回去，让 DNA 能够被展开“阅读”。这个步骤发生的过程十分短暂，在短时间内有许多角色参与其中，造成许多型态结构等改变，以至于在先前科学家如果想要了解并追踪其中细节，几乎可以说是不可能的事。
近日一篇发表于科学期刊《Molecular Cell》的研究中，来自英国伦敦帝国学院（Imperial College London）的科学家们，成功观察到了在动态中两股 DNA 解开的过程。研究团队认为，由于 DNA 的转录作用可以说是细胞内最基本的功能之一，更深入的了解转录作用的细节，可以为人类提供更多资讯，借此找到可能干扰转录作用的方式，进而抑制细菌的生理机能，抵抗细菌感染对人类的伤害。
这项研究计划的主持人是英国伦敦帝国学院医学系教授 Xiaodong Zhang，他表示：“由于现在细菌对抗生素的抗性越来越强，我们的研究就是希望能够从转录作用的最源头开始，找出能够抑制细菌生长的切入点。了解转录作用这种基础机制，可以让科学家以此发展新的作用机制抗生素。当我们研究了解出转录作用中更多的细节，我们或许就能找到其中我们能够介入干扰并对抗细菌的方式。”由于转录作用在所有生物体内都会发生，在细胞各方面生长过程中都非常关键，也可能和包含癌症在内的多种疾病成因以及发展相关；因此，这项研究深入了解的转录作用细节，也能更进一步的认识我们体内疾病形成机制。
启动转录
由于与转录作用相关的分子非常多，在这项研究中，研究团队特别针对一个被称为 sigma54 的蛋白质深入探讨。Sigma54 能够广泛调控许多细菌的防御系统，让防御系统在不需要的时候不会轻易启动。研究团队认为，往后若以 Sigma54 为目标，设计药物干扰 sigma54 的调控功能，就能够利用 sigma54 本身的特性让细菌的防御系统持续被抑制，使细菌变得更脆弱更容易被攻击。
Sigma54 在细菌受到攻击时，会被另一个蛋白质所活化并改变构型，进而不再抑制防御系统，使防御系统得以作用。接着，活化 sigma54 的蛋白质会与 sigma54 结合并拉开 DNA 双股结构，让细菌防御系统相关基因能够被转录、活化并表现。在这项研究中，探讨转录作用的细节也让他们更了解在其中 sigma54 所扮演的角色，借此作为干扰细菌生长的环节。
这项研究的共同作者，伦敦帝国学院生命科学系教授 Martin Buck 表示，DNA 乘载着生物遗传密码，这些遗传讯息再转换成具有生物功能的蛋白质表现，在这其中，转录作用就是提取资讯的第一步骤；也就是说，转录作用是细胞乃至整个生物体如何为了适应周遭环境改变、或者发展成癌细胞的重要环节。因此，这些研究成果在非常广泛的生物学研究应用上都有其重要性。
- Structures of RNA Polymerase Closed and Intermediate Complexes Reveal Mechanisms of DNA Opening and Transcription Initiation
- First-ever look at DNA opening reveals initial stage of reading the genetic code
（首图来源：Shutterstock）
