印第安納州布魯明頓——印第安納大學(xué)的一項新研究表明，蛋白質(zhì)在幫助細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一樣。
這一發(fā)現(xiàn)是通過IU發(fā)明的一種新的成像方法實現(xiàn)的，這種方法使科學(xué)家第一次看到了細菌是如何利用它們長而運動的附屬物(稱為菌毛)與環(huán)境中的DNA或“魚叉”結(jié)合的。這項新的研究發(fā)表在10月18日的《PLOS Genetics》雜志上，重點是它們有多吸引人。
通過揭示這一過程中涉及的機制，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菌感染的新方法。
助理教授Ankur Dalia說：“抗生素耐藥性的問題與這項工作非常相關(guān)，因為菌毛結(jié)合和“吸收”DNA的能力是細菌進化阻止現(xiàn)有藥物的主要途徑之一。是這項研究的資深作者，位于IU布魯明頓文理學(xué)院生物系。”更好地理解這種“爬行”活動可以幫助制定策略來阻止它。"
從環(huán)境中吞食遺傳物質(zhì)的行為被稱為自然轉(zhuǎn)化，這是一個進化過程，細菌通過這一過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。
因為過度使用現(xiàn)有的抗生素會加速傳染性生物的進化，以超過這些藥物的速度，所以對預(yù)防細菌感染的新方法的需求越來越大，這導(dǎo)致世界上有效的治療方法迅速喪失。到2050年，估計每年將有1000萬人死于耐藥性。
Dalia說，雖然它們在顯微鏡下看起來像微小的手臂，但pili實際上更像是一個直立的裝置，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“片段”都是一個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絲。
獲得博士學(xué)位的Jennifer Chlebek補充說：“以前，聚合和解聚過程涉及兩個主電機。達爾雅實驗室的學(xué)生領(lǐng)導(dǎo)了這項研究。”在這項研究中，我們表明解聚過程涉及第三種類型的馬達，我們開始闡明其工作原理。"
控制菌毛活性的兩個先前被描述的“馬達”是構(gòu)建菌毛的蛋白質(zhì)PilB和解構(gòu)菌毛的蛋白質(zhì)PilT。這些馬達利用三磷酸腺苷(一種細胞能量來源)運轉(zhuǎn)。在這項研究中，IU研究人員表明，停止這一過程(關(guān)閉PilT的電源)并不能像以前認為的那樣阻止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)動蛋白PilU也能促進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將收縮過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會影響PilU回縮的強度，這是由布魯克林學(xué)院的合作者測量的。這項研究還表明，PilU和PilT并不形成“混合”運動，但這兩個獨立的運動以某種方式相互協(xié)調(diào)，介導(dǎo)纖毛的回縮。
Chlebek補充說：“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，因為缺乏這種蛋白的細胞通常只有非常細微的功能。”“當我們拉動PilT馬達上的扳手時，我們觀察到PilU可以支持突變株中的pilus回縮，這是解開這種蛋白質(zhì)如何幫助pilus解聚的關(guān)鍵?！?
通過在顯微鏡下觀察菌毛的能力，可以精確測量菌毛的收縮率，從而精確測量改變影響這一過程的蛋白質(zhì)的影響。直到突破性成像方法被發(fā)明，才可能測量IU中pili的收縮率。
達莉亞說：“熒光染色菌毛的能力是巨大的。”“它不僅能讓我們看到pili的活動，還能以過去不可能的方式對其進行測量?！?
接下來，Clebek旨在了解更多關(guān)于當兩個回縮馬達的電源關(guān)閉時，菌毛如何仍然回縮的信息，并探索如何將這些見解應(yīng)用于了解其他細菌菌株中的菌毛活性。
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