致病菌胞壁酸翻轉(zhuǎn)酶功能機(jī)制獲解析

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心和生命科學(xué)學(xué)院陳宇星教授、周叢照教授和孫林峰教授課題組合作，闡明了金黃色葡萄球菌胞壁酸翻轉(zhuǎn)酶轉(zhuǎn)運(yùn)胞壁酸的機(jī)制和翻轉(zhuǎn)酶特異性抑制劑的抑制機(jī)制。該研究成果在線發(fā)表在微生物領(lǐng)域?qū)I(yè)雜志《分子生物技術(shù)》上。

耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（M R S A）是主要的臨床致病菌之一，其引發(fā)的感染難以治愈甚至可能致死。由于近年來抗生素濫用，出現(xiàn)了對(duì)所有的β-內(nèi)酰胺類藥物都具有抗性的M R S A 菌株。研究表明金黃色葡萄球菌細(xì)胞壁主要成分胞壁酸是引起耐藥性的關(guān)鍵因素之一。在革蘭氏陽性菌中，胞壁酸是一類共價(jià)連接在肽聚糖上的陰離子多聚物。胞壁酸在細(xì)菌分裂、生物膜形成、宿主定殖以及細(xì)菌感染等過程中起著重要作用。因此，胞壁酸合成路徑中的關(guān)鍵酶是新型抗菌藥物的重要靶點(diǎn)。作為最具潛力的抗生素靶標(biāo)之一，翻轉(zhuǎn)酶及其抑制劑得到廣泛研究。先導(dǎo)化合物小分子特異性抑制劑，是近期被鑒定出來特異性抑制效率較高的抑制劑，但是其抑制的分子機(jī)制并不清楚。

科研人員用冷凍電鏡方法，解析了金黃色葡萄球菌胞壁酸翻轉(zhuǎn)酶的同源蛋白，基于結(jié)構(gòu)，研究人員計(jì)算出了底物轉(zhuǎn)運(yùn)通道，通過對(duì)組成通道的氨基酸殘基性質(zhì)分析并結(jié)合生理實(shí)驗(yàn)，闡明了底物特異性識(shí)別機(jī)制。通過結(jié)構(gòu)比對(duì)研究提出翻轉(zhuǎn)酶及其同源蛋白利用“曲柄連桿”原理來實(shí)現(xiàn)底物轉(zhuǎn)運(yùn)的分子機(jī)制。具有類似結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的ABC 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白都可以利用這一機(jī)制通過相對(duì)微小的總體構(gòu)象變化轉(zhuǎn)運(yùn)較大的底物。

該研究進(jìn)一步通過生化實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)模擬確定了特異性抑制劑結(jié)合翻轉(zhuǎn)酶的精確位點(diǎn)，并闡明了其抑制翻轉(zhuǎn)酶轉(zhuǎn)運(yùn)胞壁酸的分子機(jī)制。研究結(jié)果將為設(shè)計(jì)和優(yōu)化針對(duì)M R S A 的新型抗生素提供結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和理論指導(dǎo)。