墻上的一塊新磚發(fā)現(xiàn)了細菌細胞壁的中間體

瑞典烏默大學的研究人員發(fā)現(xiàn)，肽聚糖回收途徑中意外中間體的積累可以調(diào)節(jié)細胞壁的合成和結構。

大多數(shù)細菌被保護性的細胞壁所保護，細胞壁由被稱為肽聚糖的強而有彈性的聚合物組成。肽聚糖對細菌至關重要，因此在抗生素的開發(fā)中備受關注。將細菌細胞壁的新弱點確定為抗生素靶點是國際上對抗病原菌的最高優(yōu)先事項。

隨著細菌的生長，肽聚糖也需要生長。為了插入新的亞單位，一些酶必須打開肽聚糖網(wǎng)絡，結果，被稱為多肽的片段被釋放到細胞外環(huán)境中。在感染過程中，宿主可以將這些肽檢測為“危險”信號，從而誘發(fā)高免疫反應。因此，為了在宿主體內(nèi)生存，許多細菌設計了一種機制來再次內(nèi)化這些肽聚糖片段，這被稱為肽聚糖再循環(huán)。然而，盡管它在使細菌遠離宿主雷達方面的價值是毋庸置疑的，但肽聚糖的恢復并不僅僅發(fā)生在感染過程中，因此這一過程的真正生物學意義對微生物學家來說仍然是個謎。

瑞典分子感染醫(yī)學(MIMS)的Felipe Cava以霍亂弧菌為實驗模型，研究肽聚糖回收途徑背后的遺傳學和生理學。這項研究是與tobiasdrr(美國康奈爾大學)和Matthew K. Waldor(美國哈佛醫(yī)學院)合作進行的，研究結果發(fā)表在4月28日的《細胞報告》雜志上。

科學家發(fā)現(xiàn)，肽聚糖的回收和合成之間存在未被發(fā)現(xiàn)的聯(lián)系，以促進最佳的細胞壁組裝和組成。

肽聚糖的循環(huán)途徑在細菌中被廣泛保存，但這一過程似乎沒有必要，其對細菌的生物學重要性也沒有得到很好的理解。

“我們的實驗室發(fā)現(xiàn)，肽聚糖回收途徑中意外中間體的積累可以調(diào)節(jié)細胞壁的合成和結構；因此，我們的工作為肽聚糖回收和從頭生物合成途徑之間的交叉提供了新的見解，研究負責人費利佩卡瓦解釋說。

肽聚糖的回收是通過一系列酶促步驟完成的，在這些步驟中，重新內(nèi)化的多肽被分解成更小的片段。這一過程的關鍵步驟是通過L，D-羧肽酶，可以去除多肽的末端D-氨基酸。Cava實驗室發(fā)現(xiàn)，這些酶代表肽聚糖回收和肽聚糖合成之間的“控制檢查點”。

“幾年前，我們實驗室和其他同事發(fā)現(xiàn)，霍亂弧菌可以產(chǎn)生一組不尋常的氨基酸(稱為“非經(jīng)典D-氨基酸”)，比如D-蛋氨酸。在這項研究中，我們發(fā)現(xiàn)用這些非經(jīng)典的D-氨基酸修飾的多肽被LD-羧肽酶回收效果不佳，誘導了中間體的積累，從而對細胞壁的合成和結構起到了不可預測的調(diào)節(jié)作用。”

除了調(diào)節(jié)細胞壁合成和結構的作用外，已知胞外肽聚糖片段是先天免疫、器官發(fā)育和行為的重要信號。

“雖然大多數(shù)肽聚糖片段可以回收，但細菌可以在一定條件下將其釋放到環(huán)境中。重要的是要考慮用非經(jīng)典D-氨基酸修飾的肽聚糖片段是否在不同的國際信號轉(zhuǎn)導中傳遞獨特的信息。會分解成常規(guī)化學成分的碎片?！毖芯控撠熑速M利佩卡瓦解釋說。

“此外，在微生物生態(tài)學中，我們的發(fā)現(xiàn)表明，修飾多肽釋放到環(huán)境中可以介導種間肽聚糖的交叉調(diào)節(jié)。這一規(guī)定能否促進合作或競爭行為，是未來需要研究的結論。”費利佩卡瓦。

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