傘狀蛋白質(zhì)能靶向殺死特定細(xì)菌有望治療耐藥性感染

研究人員發(fā)現(xiàn)了傘狀毒素顆粒的結(jié)構(gòu)、組成和作用方式的相關(guān)信息。一種被稱為鏈絲菌的土壤細(xì)菌會分泌形似傘狀的有毒蛋白質(zhì)顆粒，以壓制競爭對手，尤其是同類競爭對手。傘狀毒素蛋白是這些細(xì)菌對其微小對手進(jìn)行各種攻擊的最新例證。在它們生活的擁擠而多樣的細(xì)菌群落中，存在著抗微生物攻擊、反擊和防御的混戰(zhàn)。

抗生素與細(xì)菌戰(zhàn)

臨床上使用的許多抗生素都直接來源于細(xì)菌在自然棲息地中用來對付對方的分子，或受到這些分子的啟發(fā)。鏈絲菌用來對付競爭對手的化學(xué)武器是此類分子最豐富的來源之一。其中包括常見的廣譜藥物鏈霉素。

這些新發(fā)現(xiàn)的抗菌毒素的不同之處在于，與鏈絲菌的小分子抗生素不同，傘狀毒素是由多種蛋白質(zhì)組成的大型復(fù)合物。與小分子抗生素相比，它們針對細(xì)菌的特異性也更強(qiáng)。

為此， 一篇發(fā)表于《自然》的論文推測，傘狀毒素的這些特性解釋了為什么在對鏈絲菌產(chǎn)生的毒素進(jìn)行長達(dá)100多年的研究中，這些毒素一直沒有被發(fā)現(xiàn)。

生物信息學(xué)和低溫電子顯微鏡揭示新觀點(diǎn)

編碼傘狀毒素的基因最初是通過生物信息學(xué)搜索新的細(xì)菌毒素而發(fā)現(xiàn)的。在美國華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院約瑟夫·穆格斯微生物實(shí)驗(yàn)室的生化和遺傳實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家們了解到這些毒素與其他蛋白質(zhì)結(jié)合成一個大型復(fù)合體，分離出的毒素復(fù)合物具有與在西雅圖發(fā)現(xiàn)的毒素復(fù)合物相稱的醒目外觀。它們看起來像雨傘。

獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和特異性

華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院微生物學(xué)教授、霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究員穆格斯指出，這些微粒的形狀非常奇特，在未來的工作中，了解它們不同尋常的形態(tài)如何幫助它們消滅目標(biāo)細(xì)菌將是一件非常有趣的事情。

隨后，科學(xué)家們試圖確定這些毒素的靶標(biāo)， 他們篩選了這些毒素對所有生物的影響，從真菌到140種不同的細(xì)菌，包括研究作者德文·科爾曼在美國加利福尼亞大學(xué)伯克利分校和美國農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究服務(wù)處的實(shí)驗(yàn)室中從高粱植物中提取的一些細(xì)菌。

“我們認(rèn)為，這種精湛的特異性可能是由于組成傘輻條的蛋白質(zhì)各不相同。”研究論文的作者、穆格斯實(shí)驗(yàn)室的資深科學(xué)家布魯克·彼得森評論說，“這些蛋白質(zhì)可能會吸附在競爭細(xì)菌表面的特定糖分上。”

通過分析數(shù)千個公開的細(xì)菌基因組，研究論文的作者、圣路易斯大學(xué)的張大鵬和他的研究生譚英俊發(fā)現(xiàn)，許多其他種類的細(xì)菌也有制造傘狀顆粒毒素的基因。有趣的是，這些物種都形成了枝狀菌絲，這在細(xì)菌中是一種不常見的生長模式。

潛在的臨床應(yīng)用和更廣泛的影響

除了傘狀毒素顆粒的基礎(chǔ)生物學(xué)方面還有許多問題有待解答外，穆格斯和他的同事們對其潛在的臨床應(yīng)用也很感興趣。

他們懷疑導(dǎo)致肺結(jié)核和白喉的細(xì)菌可能對傘狀毒素敏感。他們注意到這些細(xì)菌已經(jīng)對傳統(tǒng)抗生素產(chǎn)生了抗藥性。科學(xué)家們認(rèn)為，傘狀毒素顆粒有可能制服這些嚴(yán)重的致病細(xì)菌，因此值得研究。（綜合整理報(bào)道）（策劃/羅媛）