有史以來最清晰的圖像揭示了活細菌的斑駁面孔

UCL 研究人員記錄了有史以來最清晰的活細菌圖像，揭示了圍繞許多細菌的保護層的復雜結(jié)構(gòu)，使它們更難被抗生素殺死。

這項研究于今天發(fā)表在美國國家科學院院刊上，并與國家物理實驗室、倫敦國王學院、牛津大學和普林斯頓大學的科學家合作完成，揭示了具有保護性外層的細菌——稱為革蘭氏陰性菌細菌 - 表面可能有更強和更弱的斑點。

研究小組發(fā)現(xiàn)，細菌的保護性外膜包含密集的蛋白質(zhì)構(gòu)建塊網(wǎng)絡，由似乎不含蛋白質(zhì)的補丁交替組成。相反，這些貼片富含含糖鏈(糖脂)的分子，可保持外膜緊密。

這是一個重要的發(fā)現(xiàn)，因為革蘭氏陰性菌防止某些藥物和滲透細胞的抗生素的堅韌的外膜：這外膜是部分原因，例如細菌(包括耐藥性鮑曼不動桿菌，P.銅綠假單胞菌，和腸桿菌科細菌(例如沙門氏菌和大腸桿菌)現(xiàn)在被認為比革蘭氏陽性細菌(例如抗藥性金黃色葡萄球菌(眾所周知的 MRSA))的威脅更大。

“外膜是抵御抗生素的強大屏障，是使感染性細菌對藥物產(chǎn)生抗藥性的重要因素。然而，目前還相對不清楚這個障礙是如何組合在一起的，這就是我們選擇如此詳細研究它的原因，”通訊作者 Bart Hoogenboom 教授(倫敦大學學院和倫敦大學學院物理與天文學倫敦納米技術(shù)中心)解釋說。

“通過從分子到細胞尺度研究活細菌，我們可以看到膜蛋白如何形成一個跨越細菌整個表面的網(wǎng)絡，為不含蛋白質(zhì)的斑塊留下小間隙。這表明屏障可能不會同樣難以突破或延伸到整個細菌，但可能有更強和更弱的點，這些點也可以被抗生素靶向。”

為了更好地理解這種結(jié)構(gòu)，科學家們用一根細針在活的大腸桿菌(E.coli)細菌上劃了一根，從而“感受”了它們的整體形狀。由于針尖只有幾納米寬，這使得在細菌表面觀察分子結(jié)構(gòu)成為可能。

由此產(chǎn)生的圖像顯示，細菌的整個外膜都塞滿了由蛋白質(zhì)形成的微孔，這些孔允許營養(yǎng)物質(zhì)進入，同時阻止毒素進入。盡管已知外膜含有許多蛋白質(zhì)，但這種擁擠和不動的性質(zhì)出乎意料。

令人驚訝的是，圖像還顯示出許多似乎不含蛋白質(zhì)的斑塊。這些貼片含有通常存在于革蘭氏陰性菌表面的糖脂。此外，當部分膜由于突變而內(nèi)翻時，會形成一種不同類型的疙瘩狀斑塊。在這種情況下，這些缺陷的出現(xiàn)與對桿菌肽的敏感性增強有關，桿菌肽是一種抗生素，通常只對革蘭氏陽性菌有效，但對革蘭氏陰性菌無效。

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