挑戰(zhàn)常規(guī)！鑒定出一種全新的細(xì)菌細(xì)胞壁聚合酶---SEDS蛋白

在一項新的研究中，來自哈佛大學(xué)和哈佛醫(yī)學(xué)院的研究人員鑒定出一種新的幾乎所有細(xì)菌都用來制造和維持它們的細(xì)胞壁的蛋白家族。相關(guān)研究結(jié)果于2016年8月15日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標(biāo)題為“SEDS proteins are a widespread family of bacterial cell wall polymerases”。

論文通信作者David Rudner和Thomas Bernhardt說，發(fā)現(xiàn)第二組細(xì)胞壁合成蛋白（cell wall synthesizer）能夠為開發(fā)靶向細(xì)菌細(xì)胞壁的急需療法來殺死有害細(xì)菌鋪平道路。

Rudner說，“我們知道這些蛋白是良好的靶標(biāo)，這是因為它們是聚合酶，所以我們能夠在細(xì)胞外面抑制它們。”

Bernhardt說，“如今，我們能夠更好地控制這些蛋白發(fā)揮什么功能，以及一種潛在的藥物如何可能影響它們的活性。”

細(xì)胞壁在維持細(xì)菌的結(jié)構(gòu)完整性中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，從而決定著它們的形狀，而且并讓它們躲避來自毒素、藥物和病毒的外部攻擊。細(xì)菌細(xì)胞壁是由通過短肽連接在一起的糖鏈組成的。

半個世紀(jì)以來，*結(jié)合蛋白（penicillin-binding protein）---如此命名是因為藥物*讓它們失去功能---被認(rèn)為是主要的可能也是*的細(xì)胞壁合成蛋白。

*是1928年發(fā)現(xiàn)的，而且在1942年被用來治療細(xì)菌感染，但是直到1957年，科學(xué)家們才理解*如何阻斷合成細(xì)菌細(xì)胞壁的這些蛋白（即*結(jié)合蛋白）。在二十世紀(jì)七八十年代針對大腸桿菌的研究讓*結(jié)合蛋白合成細(xì)胞壁的機制具體化。

其他的因子可能參與細(xì)菌細(xì)胞壁產(chǎn)生的線索隨后也浮現(xiàn)了。2003年取得的一項關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)被這個領(lǐng)域的很多人忽視了：即便在*結(jié)合蛋白不存在的情形下，枯草芽孢桿菌也能夠生長和合成它的細(xì)胞壁。一些人因這種“下落不明的聚合酶”而干著急。

論文共同作者、Bernhardt實驗室研究員Tsuyoshi Uehara認(rèn)為一種對細(xì)菌細(xì)胞的形狀、延伸、分裂和孢子形成負(fù)責(zé)的蛋白家族---被縮寫為SEDS蛋白---可能是這種下落不明的聚合酶的*嫌疑犯。SEDS蛋白在細(xì)菌細(xì)胞周圍移動的方式提示著它們可能參與合成細(xì)胞壁，因而一旦讓它們失去活性的話，就會阻止細(xì)胞壁合成。

為了驗證SEDS蛋白可能參與細(xì)胞壁合成的這種假設(shè)，論文*作者、Rudner實驗室研究生Alexander Meeske清除了所有已知參與細(xì)胞壁合成的*結(jié)合蛋白。然而，SEDS蛋白繼續(xù)與正常時一樣在細(xì)胞周圍移動。這一發(fā)現(xiàn)使得SEDS蛋白看起來像是這些下落不明的聚合酶。

隨后的遺傳實驗和生化實驗證實SEDS蛋白確實是一種全新的細(xì)胞壁合成蛋白家族。

研究人員也證實這兩種細(xì)胞壁合成蛋白家族---*結(jié)合蛋白和SEDS蛋白---能夠合作發(fā)揮作用：盡管環(huán)繞著細(xì)菌細(xì)胞壁移動的SEDS蛋白制造環(huán)狀結(jié)構(gòu)，但是*結(jié)合蛋白彌散性地移動，制造較小的鏈：這些較小的鏈與環(huán)狀結(jié)構(gòu)一起組成細(xì)菌細(xì)胞壁。

研究人員說，早前的研究證實當(dāng)阻斷*結(jié)合蛋白時，細(xì)菌死亡，這會掩蓋住SEDS蛋白的重要性。

在當(dāng)前的研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)SEDS蛋白要比*結(jié)合蛋白在細(xì)菌中更加常見，從而為一種靶向SEDS蛋白的潛在抗生素可能有效地抵抗一系列細(xì)菌感染提供希望。

Bernhardt說，“在這個領(lǐng)域*以來，人們認(rèn)為一組酶作用在一組復(fù)合物上，從而合成細(xì)胞壁。如今，我們發(fā)現(xiàn)兩組酶似乎在不同的系統(tǒng)中發(fā)揮作用。它們在某種程度上不得不合作產(chǎn)生這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而且當(dāng)細(xì)菌細(xì)胞生長和分裂時，這些網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)保持完整性，并且發(fā)生擴展。”

這兩種蛋白家族如何一起發(fā)揮作用是這項新研究提出的多種問題之一，還需進(jìn)一步開展研究來闡明。