Nature：鉴定出一种全新的细菌细胞壁聚合酶

Nature：鉴定出一种全新的细菌细胞壁聚合酶


文献标题：SEDS proteins are a widespread family of bacterial cell wall polymerases.

文献来源：Nature 2016 Aug 15


在一项新的研究中，来自哈佛大学和哈佛医学院的研究人员鉴定出一种新的几乎所有细菌都用来制造和维持它们的细胞壁的蛋白家族。相关研究结果于2016年8月15日在线发表在Nature期刊上。


论文通信作者David Rudner和Thomas Bernhardt说，发现第二组细胞壁合成蛋白（cell wall synthesizer）能够为开发靶向细菌细胞壁的急需疗法来杀死有害细菌铺平道路。


Rudner说，“我们知道这些蛋白是良好的靶标，这是因为它们是聚合酶，所以我们能够在细胞外面抑制它们。”


Bernhardt说，“如今，我们能够更好地控制这些蛋白发挥什么功能，以及一种潜在的药物如何可能影响它们的活性。”


细胞壁在维持细菌的结构完整性中发挥着至关重要的作用，从而决定着它们的形状，而且并让它们躲避来自毒素、药物和病毒的外部攻击。细菌细胞壁是由通过短肽连接在一起的糖链组成的。


半个世纪以来，青霉素结合蛋白（penicillin-binding protein）---如此命名是因为药物青霉素让它们失去功能---被认为是主要的可能也是唯一的细胞壁合成蛋白。


青霉素是1928年发现的，而且在1942年首次被用来治疗细菌性感染，但是直到1957年，科学家们才理解青霉素如何阻断合成细菌细胞壁的这些蛋白（即青霉素结合蛋白）。在二十世纪七八十年代针对大肠杆菌的研究让青霉素结合蛋白合成细胞壁的机制具体化。


其他的因子可能参与细菌细胞壁产生的线索随后也浮现了。2003年取得的一项关键发现被这个领域的很多人忽视了：即便在青霉素结合蛋白不存在的情形下，枯草芽孢杆菌也能够生长和合成它的细胞壁。一些人因这种“下落不明的聚合酶”而干着急。


论文共同作者、Bernhardt实验室研究员Tsuyoshi Uehara认为一种对细菌细胞的形状、延伸、分裂和孢子形成负责的蛋白家族---被缩写为SEDS蛋白---可能是这种下落不明的聚合酶的头号嫌疑犯。SEDS蛋白在细菌细胞周围移动的方式提示着它们可能参与合成细胞壁，因而一旦让它们失去活性的话，就会阻止细胞壁合成。


为了验证SEDS蛋白可能参与细胞壁合成的这种假设，论文第一作者、Rudner实验室研究生Alexander Meeske清除了所有已知参与细胞壁合成的青霉素结合蛋白。然而，SEDS蛋白继续与正常时一样在细胞周围移动。这一发现使得SEDS蛋白看起来像是这些下落不明的聚合酶。


随后的遗传实验和生化实验证实SEDS蛋白确实是一种全新的细胞壁合成蛋白家族。


研究人员也证实这两种细胞壁合成蛋白家族---青霉素结合蛋白和SEDS蛋白---能够合作发挥作用：尽管环绕着细菌细胞壁移动的SEDS蛋白制造环状结构，但是青霉素结合蛋白弥散性地移动，制造较小的链：这些较小的链与环状结构一起组成细菌细胞壁。


研究人员说，早前的研究证实当阻断青霉素结合蛋白时，细菌死亡，这会掩盖住SEDS蛋白的重要性。


在当前的研究中，研究人员发现SEDS蛋白要比青霉素结合蛋白在细菌中更加常见，从而为一种靶向SEDS蛋白的潜在抗生素可能有效地抵抗一系列细菌感染提供希望。


Bernhardt说，“在这个领域长期以来，人们认为一组酶作用在一组复合物上，从而合成细胞壁。如今，我们发现两组酶似乎在不同的系统中发挥作用。它们在某种程度上不得不合作产生这种网状结构，而且当细菌细胞生长和分裂时，这些网状结构保持完整性，并且发生扩展。”


这两种蛋白家族如何一起发挥作用是这项新研究提出的多种问题之一，还需进一步开展研究来阐明。