摘要：近日，杜伦大学、雅盖隆大学和约翰英纳斯中心的研究人员通过高分辨率冷冻电镜（cryo-EM）技术，首次揭示了细菌DNA促旋酶（DNA gyrase）在DNA上的详细作用机制。这一突破性研究成果发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上，论文题为《大肠杆菌DNA促

近日，杜伦大学、雅盖隆大学和约翰英纳斯中心的研究人员通过高分辨率冷冻电镜（cryo-EM）技术，首次揭示了细菌DNA促旋酶（DNA gyrase）在DNA上的详细作用机制。这一突破性研究成果发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上，论文题为《大肠杆菌DNA促旋酶的手性缠绕和T片段捕获的结构基础》。

DNA促旋酶及其重要性

DNA促旋酶是一种存在于细菌中的关键酶，其功能是引入负超螺旋以调节DNA拓扑结构。这一过程对细菌的生存至关重要，而DNA促旋酶在人体细胞中不存在，因此成为抗生素开发的重要靶点。

促旋酶通过将DNA缠绕成“8”字形的环状结构，然后精确切断DNA链，并让其通过彼此滑动后重新连接。这是一个极为精密的过程，因为如果DNA断裂后无法被修复，细菌细胞就会死亡。

当前广泛使用的抗生素，如氟喹诺酮类药物，正是利用这一过程的弱点，通过阻止DNA的重新连接来杀死细菌。然而，随着细菌耐药性的增加，深入了解促旋酶的作用机制变得尤为紧迫。

冷冻电镜揭示促旋酶的动态过程

研究团队利用冷冻电镜技术，成功捕捉到促旋酶在工作中的动态结构。他们发现，促旋酶通过伸展的蛋白质“手臂”将DNA包裹成“8”字形环状，这一细节刷新了对促旋酶传统工作机制的认识。

此前的研究模型认为，促旋酶的多个部分按照既定顺序配合工作完成DNA超螺旋化的过程。而本研究的结果显示，促旋酶在这一过程中各个部件的具体位置及其动作顺序与传统模型存在差异。

杜伦大学教授、研究论文共同作者乔纳森·赫德尔博士（Jonathan Heddle）表示：“研究结果表明，促旋酶在超螺旋过程中复杂运动部件的具体位置和顺序并非我们之前认为的那样，这可能会对新型抑制剂的设计产生重要影响。”

推动新型抗生素的开发

这项研究不仅深化了对细菌DNA拓扑调节机制的理解，还为开发新型抗生素提供了理论基础。未来的抗生素可以设计得更加精准，专门阻断促旋酶的关键环节，从而绕过细菌现有的耐药机制。

这一发现为细菌生物学研究和抗生素研发带来了新希望，有望为应对细菌耐药性危机提供强有力的解决方案。

参考文献：https://www.genengnews.com/topics/infectious-diseases/novel-mechanism-unraveled-in-dna-gyrase-opening-pathways-for-antibiotic-therapeutics/

编辑：王洪

排版：李丽

来源：肽度TIMEDOO