挑戰(zhàn)常規(guī)！鑒定出一種全新的細菌細胞壁聚合酶---SEDS蛋白

在一項新的研究中，來自哈佛大學(xué)和哈佛醫(yī)學(xué)院的研究人員鑒定出一種新的幾乎所有細菌都用來制造和維持它們的細胞壁的蛋白家族。相關(guān)研究結(jié)果于2016年8月15日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標(biāo)題為“SEDS proteins are a widespread family of bacterial cell wall polymerases”。

論文通信作者David Rudner和Thomas Bernhardt說，發(fā)現(xiàn)第二組細胞壁合成蛋白（cell wall synthesizer）能夠為開發(fā)靶向細菌細胞壁的急需療法來殺死有害細菌鋪平道路。

Rudner說，“我們知道這些蛋白是良好的靶標(biāo)，這是因為它們是聚合酶，所以我們能夠在細胞外面抑制它們。”

Bernhardt說，“如今，我們能夠更好地控制這些蛋白發(fā)揮什么功能，以及一種潛在的藥物如何可能影響它們的活性。”

細胞壁在維持細菌的結(jié)構(gòu)完整性中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，從而決定著它們的形狀，而且并讓它們躲避來自毒素、藥物和病毒的外部攻擊。細菌細胞壁是由通過短肽連接在一起的糖鏈組成的。

半個世紀(jì)以來，*結(jié)合蛋白（penicillin-binding protein）---如此命名是因為藥物*讓它們失去功能---被認為是主要的可能也是*的細胞壁合成蛋白。

*是1928年發(fā)現(xiàn)的，而且在1942年被用來治療細菌感染，但是直到1957年，科學(xué)家們才理解*如何阻斷合成細菌細胞壁的這些蛋白（即*結(jié)合蛋白）。在二十世紀(jì)七八十年代針對大腸桿菌的研究讓*結(jié)合蛋白合成細胞壁的機制具體化。

其他的因子可能參與細菌細胞壁產(chǎn)生的線索隨后也浮現(xiàn)了。2003年取得的一項關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)被這個領(lǐng)域的很多人忽視了：即便在*結(jié)合蛋白不存在的情形下，枯草芽孢桿菌也能夠生長和合成它的細胞壁。一些人因這種“下落不明的聚合酶”而干著急。

論文共同作者、Bernhardt實驗室研究員Tsuyoshi Uehara認為一種對細菌細胞的形狀、延伸、分裂和孢子形成負責(zé)的蛋白家族---被縮寫為SEDS蛋白---可能是這種下落不明的聚合酶的*嫌疑犯。SEDS蛋白在細菌細胞周圍移動的方式提示著它們可能參與合成細胞壁，因而一旦讓它們失去活性的話，就會阻止細胞壁合成。

為了驗證SEDS蛋白可能參與細胞壁合成的這種假設(shè)，論文*作者、Rudner實驗室研究生Alexander Meeske清除了所有已知參與細胞壁合成的*結(jié)合蛋白。然而，SEDS蛋白繼續(xù)與正常時一樣在細胞周圍移動。這一發(fā)現(xiàn)使得SEDS蛋白看起來像是這些下落不明的聚合酶。

隨后的遺傳實驗和生化實驗證實SEDS蛋白確實是一種全新的細胞壁合成蛋白家族。

研究人員也證實這兩種細胞壁合成蛋白家族---*結(jié)合蛋白和SEDS蛋白---能夠合作發(fā)揮作用：盡管環(huán)繞著細菌細胞壁移動的SEDS蛋白制造環(huán)狀結(jié)構(gòu)，但是*結(jié)合蛋白彌散性地移動，制造較小的鏈：這些較小的鏈與環(huán)狀結(jié)構(gòu)一起組成細菌細胞壁。

研究人員說，早前的研究證實當(dāng)阻斷*結(jié)合蛋白時，細菌死亡，這會掩蓋住SEDS蛋白的重要性。

在當(dāng)前的研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)SEDS蛋白要比*結(jié)合蛋白在細菌中更加常見，從而為一種靶向SEDS蛋白的潛在抗生素可能有效地抵抗一系列細菌感染提供希望。

Bernhardt說，“在這個領(lǐng)域*以來，人們認為一組酶作用在一組復(fù)合物上，從而合成細胞壁。如今，我們發(fā)現(xiàn)兩組酶似乎在不同的系統(tǒng)中發(fā)揮作用。它們在某種程度上不得不合作產(chǎn)生這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而且當(dāng)細菌細胞生長和分裂時，這些網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)保持完整性，并且發(fā)生擴展。”

這兩種蛋白家族如何一起發(fā)揮作用是這項新研究提出的多種問題之一，還需進一步開展研究來闡明。