Chromatin is dispensable for bacterial life

在每一个活细胞内部，生命的遗传指令并非在松散的纠缠中自由漂浮。相反，长长的 DNA 链被紧密地组织并包裹在特殊的蛋白质周围，形成了一种被科学家称为“染色质”的结构。可以将这种排列方式想象成一座图书馆，书本不是仅仅堆在地板上，而是被仔细地摆放在书架上并建立了索引，从而让细胞能够在正确的时间找到并阅读正确的信息。在像人类这样复杂的生命体中，这些蛋白质书架是由一种被称为“组蛋白”的特定类型构建而成的。而在细菌——这些在地球上生存了数十亿年的微小单细胞生物——中，这项工作则由另一组被称为“核样体相关蛋白”的蛋白质来完成。这些细菌蛋白质通过弯曲、包裹和桥接 DNA，使 DNA 在细胞微小的空间内保持紧凑且有序。长期以来，科学家们一直认为这种蛋白质与 DNA 的伙伴关系是生命如此基础的存在，以至于细胞不可能在没有它的情况下生存，就像如果移除了所有的书架，图书馆就无法运作一样。

一个研究小组着手测试这一假设，提出了一个大胆的问题：如果一个细菌完全没有染色质蛋白，它还能生存吗？为了寻找答案，他们使用了大肠杆菌（E. coli），这是一种常用于理解细胞生命的标准模型细菌。他们识别出了通常覆盖并组织细菌 DNA 的九种最丰富的蛋白质。研究人员逐一，然后结合在一起，从细菌自身的基因组中删除了这些蛋白质的遗传指令。其结果是产生了一种完全缺乏其原生染色质的独特大肠杆菌菌株。这创造了一个必须在没有通常结构支持的情况下管理其遗传物质的活细胞，迫使研究人员观察该生物体如何适应这种激进的变化。

科学家们密切观察细胞的内部架构及其生长能力会发生什么变化。他们检查了 DNA 是如何包装的、如何扭转的，以及细胞如何读取其基因。令人惊讶的是，这种细菌并没有死亡。细胞继续生存、分裂并执行生命所需的各项基本功能，证明了染色质蛋白对于细菌的生存并非绝对必需。然而，这种生存的代价是巨大的。由于缺乏组织蛋白，细胞的内部结构发生了意想不到的变化。DNA 失去了一些特定的组织性，细胞控制其基因的方式也变得混乱。细胞不再以精确的模式开启或关闭特定基因，而是开始在整个基因组范围内表现出一种更为统一、平坦的活动水平。这种全局性的混乱意味着细胞失去了精细调节其对环境反应的能力，也失去了控制某些有害遗传元素（如休眠病毒）的能力。

这项研究表明，虽然细菌可以在没有染色质蛋白的情况下物理存在，但它难以像正常细胞那样精准且灵活地运作。这些蛋白质不仅仅是为了将 DNA 维系在一起；它们更像是一个复杂的管理系统，对遗传信息进行分区管理，使细胞能够抑制自私的元素，并在环境变化时快速重新编程其活动。这种无蛋白质菌株的成功创建表明，生命的机制比此前认为的更加稳健，即使在被剥离了协同进化的组织工具后仍能运作。同时，研究结果也强调了这些蛋白质对于生命复杂且动态控制的重要性，这表明虽然我们或许可以彻底重新设计细菌管理基因的方式，但如果脱离这些天然的调节器，生物体将在应对变化的世界时显得步履维艰。