在细胞内，DNA携带着构建蛋白质的遗传密码。

为了制造蛋白质，细胞会复制DNA，也就是mRNA。然后，另一种称为核糖体的分子读取mRNA，将其翻译成蛋白质。但这一步一直是一个视觉上的谜：科学家们以前不知道核糖体是如何附着和读取mRNA的。

现在，包括密歇根大学（University of Michigan）研究人员在内的一个国际科学家团队，利用先进的显微镜技术，对一种名为RNA聚合酶（RNAP）的酶转录mRNA时，核糖体是如何招募到mRNA上的进行了成像。他们的研究结果发表在《科学》杂志上，研究了细菌的这一过程。

“了解核糖体如何捕获或‘招募’信使RNA是接下来的一切的先决条件，比如了解它是如何开始解释信使RNA中编码的信息的，”研究负责人Albert Weixlbaumer说，“这就像一本书。你的任务是阅读和解释一本书，但你不知道从哪里得到这本书。书是如何传递给读者的？”

研究人员发现，转录mRNA的RNAP部署了两种不同的锚点来束缚核糖体，以确保蛋白质合成的坚实基础和开始。这类似于建筑工地的领班监督工人安装上部结构的复杂部分，以两种多余的方式确认所有部件在关键节点都牢固固定，以获得最大的稳定性和功能。

研究人员表示，了解这些基本过程对于开发针对细菌蛋白质合成中这些特定途径的新抗生素具有巨大的潜力。传统上，抗生素是针对核糖体或RNAP的，但细菌经常找到一种进化和突变的方法，对这些抗生素产生一些耐药性。有了他们的新知识，研究小组希望通过切断多条通路来智胜细菌。

“我们知道RNAP、核糖体、转录因子、蛋白质和mRNA之间存在相互作用，”密歇根大学资深科学家Adrien Chauvier说，他是该研究的四位联合负责人之一。“我们可以针对这个界面，特别是RNAP、核糖体和mRNA之间的界面，使用一种干扰复合物招募或稳定性的化合物。”

该团队开发了一个机制框架，展示了该复合体的各种成分如何协同工作，将新转录的mrna带到核糖体中，并充当转录和翻译之间的桥梁。

“我们想找出RNAP和核糖体的耦合是如何首先建立起来的，使用纯化的成分，我们重新组装了直径为100亿分之一米的复合物。我们用低温电子显微镜（cryo-EM）观察了它们的活动，并解释了它们的行为。然后，我们需要看看我们纯化的成分的行为是否可以在不同的实验系统中重现。”Weixlbaumer说。

在更复杂的人类细胞中，DNA位于被隔离的细胞核中，RNAP在细胞核中充当“解释器”，将遗传指令分解成更小的片段。这种酶的动力将DNA转录或写入mRNA，代表了一小部分遗传密码的特定选择副本，这些遗传密码被转移到更“宽敞”的细胞质中的核糖体中，在那里它被翻译成蛋白质，这是生命的基本组成部分。

在原核生物中，由于缺乏清晰的细胞核和内膜“壁”，转录和翻译同时发生，而且彼此距离很近，这使得RNAP和核糖体可以直接协调它们的功能，相互配合。

细菌是最容易理解的原核生物，由于其简单的遗传结构，为研究小组提供了理想的宿主来分析基因表达过程中核糖体- rnap偶联的机制和机制。

研究人员采用了不同的技术和方法，每个实验室的专业-低温电镜在Weixlbaumer的小组，和柏林小组的细胞内交联质谱由Andrea Graziadei进行-来检查所涉及的过程。

Chauvier和密歇根大学化学生物物理学教授Nils Walter在生物物理学方面拥有专业知识，他们利用先进的单分子荧光显微镜分析了这种结构的动力学。

Chauvier说：“为了追踪这台机器的工作速度，我们用不同的颜色标记了这两个部件。”“我们用一种荧光颜色表示新生RNA，另一种荧光颜色表示核糖体。这使我们能够在高倍显微镜下分别观察它们的动力学。”

他们观察到，当核糖体蛋白bS1存在时，RNAP产生的mRNA与小核糖体亚基（30S）结合特别有效，这有助于mRNA展开，准备在核糖体内翻译。

Webster和Weixlbaumer的低温电镜结构确定了mRNA传递到核糖体的另一种途径，即通过偶联转录因子NusG或其类似物或版本RfaH捆绑RNA聚合酶，将mRNA从bS1的另一侧引导到核糖体的mRNA进入通道中。

在成功地可视化了建立RNAP和核糖体之间耦合的第一阶段之后，该团队期待着进一步的合作，以找出该复合体如何需要重新排列才能发挥全部功能。

Webster说：“这项工作展示了跨大陆和海洋开展跨学科研究的力量。”