印第安納大學(xué)的一項(xiàng)新研究表明，蛋白質(zhì)在幫助細(xì)菌將細(xì)菌從環(huán)境中吸收到DNA中時(shí)扮演著未知的角色，就像一個(gè)漁夫從海洋中撈出的捕獲物一樣。

這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)是由IU發(fā)明的一種新的成像方法得以實(shí)現(xiàn)的，該方法使科學(xué)家首次了解細(xì)菌如何利用其長(zhǎng)而活動(dòng)的附屬物(稱為菌毛)結(jié)合環(huán)境中的DNA或“魚(yú)叉”。這項(xiàng)新研究于10月18日發(fā)表在《PLOS Genetics》雜志上，重點(diǎn)關(guān)注它們?nèi)绾挝恕?/p>

通過(guò)揭示該過(guò)程涉及的機(jī)制，該研究的作者說(shuō)，研究結(jié)果可能有助于加快研究停止細(xì)菌感染的新方法。

助理教授Ankur Dalia說(shuō)：“抗生素的抗性問(wèn)題與這項(xiàng)工作非常相關(guān)，因?yàn)榫cDNA結(jié)合并“卷入”的能力是細(xì)菌進(jìn)化阻止現(xiàn)有藥物的主要方法之一。是該研究的資深作者，位于IU布盧明頓藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院生物系。“對(duì)這種“爬行”活動(dòng)的更好理解可以幫助制定策略來(lái)阻止這種活動(dòng)。”

吞噬并整合來(lái)自環(huán)境的遺傳物質(zhì)的行為-被稱為自然轉(zhuǎn)化-是一個(gè)進(jìn)化過(guò)程，細(xì)菌通過(guò)該過(guò)程吸收了來(lái)自其他微生物的特定特征，包括傳達(dá)抗生素抗性的基因。

由于過(guò)度使用現(xiàn)有的抗生素會(huì)加快傳染性生物進(jìn)化以超過(guò)這些藥物的速度，因此對(duì)阻止細(xì)菌感染的新方法的需求正在日益增長(zhǎng)，這導(dǎo)致世界迅速失去有效的治療方法。到2050年，據(jù)估計(jì)每年有1000萬(wàn)人死于抗藥性。

達(dá)莉亞說(shuō)，盡管在顯微鏡下它們看起來(lái)像是微小的手臂，但菌毛實(shí)際上更像是一種快速組裝起來(lái)并一遍又一遍撕下的豎立裝置。結(jié)構(gòu)中的每個(gè)“片段”都是稱為主要菌毛蛋白的蛋白質(zhì)亞基，該蛋白亞基組裝成稱為菌毛纖維的細(xì)絲。

博士學(xué)位的詹妮弗·克萊伯克(Jennifer Chlebek)補(bǔ)充說(shuō)：“聚合和解聚過(guò)程中牽涉到兩個(gè)主要的電動(dòng)機(jī)。” 達(dá)利婭實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生，領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究。“在這項(xiàng)研究中，我們表明解聚過(guò)程涉及第三種電機(jī)，并且我們開(kāi)始闡明其工作原理。”

控制菌毛活性的兩個(gè)先前表征的“馬達(dá)”是構(gòu)建菌毛的蛋白PilB和解構(gòu)菌毛的PilT。這些馬達(dá)通過(guò)利用ATP(一種細(xì)胞能量來(lái)源)運(yùn)行。在這項(xiàng)研究中，IU研究人員表明，停止此過(guò)程(關(guān)閉PilT的電源)并不能像先前所認(rèn)為的那樣防止菌毛縮回。

相反，他們發(fā)現(xiàn)，即使PilT處于非活動(dòng)狀態(tài)，第三個(gè)運(yùn)動(dòng)蛋白PilU也可以促進(jìn)菌毛回縮，盡管這種回縮的速度要慢五倍。研究人員還發(fā)現(xiàn)，關(guān)閉兩種回縮蛋白的電源都會(huì)使回縮過(guò)程減慢到50倍的艱苦速度。不變的菌毛以每秒五分之一微米的速度縮回。

此外，研究發(fā)現(xiàn)，關(guān)閉PilU會(huì)影響菌毛回縮的強(qiáng)度，布魯克林學(xué)院的合作者對(duì)此進(jìn)行了測(cè)量。這項(xiàng)研究還表明，PilU和PilT不會(huì)形成“混合”運(yùn)動(dòng)，而是這兩個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)以某種方式相互協(xié)調(diào)以介導(dǎo)纖毛回縮。

Chlebek補(bǔ)充說(shuō)：“雖然PilU蛋白以前與菌毛活性有關(guān)，但由于缺乏這種蛋白的細(xì)胞通常只具有非常微妙的作用，因此很難確定其確切作用。” “當(dāng)我們?cè)赑ilT電機(jī)上扳動(dòng)扳手時(shí)，我們觀察到PilU可以支持突變菌株中的菌毛回縮，這是解鎖這種蛋白質(zhì)如何幫助菌毛解聚的關(guān)鍵。”

通過(guò)在顯微鏡下觀察菌毛的能力，可以精確測(cè)量菌毛的收縮率，從而精確測(cè)量改變影響這一過(guò)程的蛋白質(zhì)的影響，直到在IU發(fā)明了突破性成像方法之前，這種能力才得以實(shí)現(xiàn)。

達(dá)莉亞說(shuō)：“熒光染色菌毛的能力是巨大的。” “它使我們不僅可以看到菌毛的活動(dòng)，而且可以用過(guò)去根本不可能的方式對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。”

接下來(lái)，Clebek旨在更多地了解關(guān)閉兩個(gè)縮回馬達(dá)電源時(shí)菌毛仍如何縮回的方法，并探索這些見(jiàn)解如何應(yīng)用于理解其他細(xì)菌菌株中的菌毛活性。