印第安納州布魯明頓——印第安納大學(xué)的一項(xiàng)新研究表明，蛋白質(zhì)在幫助細(xì)菌參與其周圍的脫氧核糖核酸方面發(fā)揮著前所未有的作用，就像漁夫從海洋中捕獲的魚(yú)一樣。
這一發(fā)現(xiàn)是通過(guò)IU發(fā)明的一種新的成像方法實(shí)現(xiàn)的，這種方法使科學(xué)家第一次看到了細(xì)菌是如何利用它們長(zhǎng)而運(yùn)動(dòng)的附屬物(稱為菌毛)與環(huán)境中的DNA或“魚(yú)叉”結(jié)合的。這項(xiàng)新的研究發(fā)表在10月18日的《PLOS Genetics》雜志上，重點(diǎn)是它們有多吸引人。
通過(guò)揭示這一過(guò)程中涉及的機(jī)制，本研究的作者表示，研究結(jié)果可能有助于加快研究阻止細(xì)菌感染的新方法。
助理教授Ankur Dalia說(shuō)：“抗生素耐藥性的問(wèn)題與這項(xiàng)工作非常相關(guān)，因?yàn)榫Y(jié)合和“吸收”DNA的能力是細(xì)菌進(jìn)化阻止現(xiàn)有藥物的主要途徑之一。是這項(xiàng)研究的資深作者，位于IU布魯明頓文理學(xué)院生物系。”更好地理解這種“爬行”活動(dòng)可以幫助制定策略來(lái)阻止它。"
從環(huán)境中吞食遺傳物質(zhì)的行為被稱為自然轉(zhuǎn)化，這是一個(gè)進(jìn)化過(guò)程，細(xì)菌通過(guò)這一過(guò)程整合了其他微生物的特定特征，包括傳遞抗生素耐藥性的基因。
因?yàn)檫^(guò)度使用現(xiàn)有的抗生素會(huì)加速傳染性生物的進(jìn)化，以超過(guò)這些藥物的速度，所以對(duì)預(yù)防細(xì)菌感染的新方法的需求越來(lái)越大，這導(dǎo)致世界上有效的治療方法迅速喪失。到2050年，估計(jì)每年將有1000萬(wàn)人死于耐藥性。
Dalia說(shuō)，雖然它們?cè)陲@微鏡下看起來(lái)像微小的手臂，但pili實(shí)際上更像是一個(gè)直立的裝置，它被快速地放在一起，并一次又一次地被撕掉。結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)“片段”都是一個(gè)叫做主菌毛蛋白的蛋白質(zhì)亞單位，它被組裝成一根叫做菌毛纖維的細(xì)絲。
獲得博士學(xué)位的Jennifer Chlebek補(bǔ)充說(shuō)：“以前，聚合和解聚過(guò)程涉及兩個(gè)主電機(jī)。達(dá)爾雅實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究。”在這項(xiàng)研究中，我們表明解聚過(guò)程涉及第三種類型的馬達(dá)，我們開(kāi)始闡明其工作原理。"
控制菌毛活性的兩個(gè)先前被描述的“馬達(dá)”是構(gòu)建菌毛的蛋白質(zhì)PilB和解構(gòu)菌毛的蛋白質(zhì)PilT。這些馬達(dá)利用三磷酸腺苷(一種細(xì)胞能量來(lái)源)運(yùn)轉(zhuǎn)。在這項(xiàng)研究中，IU研究人員表明，停止這一過(guò)程(關(guān)閉PilT的電源)并不能像以前認(rèn)為的那樣阻止PiLT回縮。
相反，他們發(fā)現(xiàn)，即使PilT處于非活性狀態(tài)，第三驅(qū)動(dòng)蛋白PilU也能促進(jìn)pilus的回縮，盡管回縮速度慢了5倍。研究人員還發(fā)現(xiàn)，關(guān)閉兩種收縮蛋白的電源會(huì)將收縮過(guò)程減慢到艱苦速度的50倍。恒定菌毛以每秒五分之一微米的速度回縮。
此外，研究發(fā)現(xiàn)閉合pilu會(huì)影響PilU回縮的強(qiáng)度，這是由布魯克林學(xué)院的合作者測(cè)量的。這項(xiàng)研究還表明，PilU和PilT并不形成“混合”運(yùn)動(dòng)，但這兩個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)以某種方式相互協(xié)調(diào)，介導(dǎo)纖毛的回縮。
Chlebek補(bǔ)充說(shuō)：“雖然PilU蛋白以前與pili活性有關(guān)，但很難確定它的確切功能，因?yàn)槿狈@種蛋白的細(xì)胞通常只有非常細(xì)微的功能?！薄爱?dāng)我們拉動(dòng)PilT馬達(dá)上的扳手時(shí)，我們觀察到PilU可以支持突變株中的pilus回縮，這是解開(kāi)這種蛋白質(zhì)如何幫助pilus解聚的關(guān)鍵。”
通過(guò)在顯微鏡下觀察菌毛的能力，可以精確測(cè)量菌毛的收縮率，從而精確測(cè)量改變影響這一過(guò)程的蛋白質(zhì)的影響。直到突破性成像方法被發(fā)明，才可能測(cè)量IU中pili的收縮率。
達(dá)莉亞說(shuō)：“熒光染色菌毛的能力是巨大的?！薄八粌H能讓我們看到pili的活動(dòng)，還能以過(guò)去不可能的方式對(duì)其進(jìn)行測(cè)量?！?
接下來(lái)，Clebek旨在了解更多關(guān)于當(dāng)兩個(gè)回縮馬達(dá)的電源關(guān)閉時(shí)，菌毛如何仍然回縮的信息，并探索如何將這些見(jiàn)解應(yīng)用于了解其他細(xì)菌菌株中的菌毛活性。
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