2012年3月5日

细菌的收缩注射器机

细菌向另一个细胞传递致死性注射。 细菌向另一细胞传递致死性注射。埃弗里特·凯恩(Everett Kane)

一些细菌,例如引起霍乱的细菌,使用特殊的系统将毒素注入宿主生物和其他细菌的细胞中。一项新研究揭示了这种注射器样注射系统如何在分子水平上起作用。

细菌细胞被封闭在2个膜中。这些膜使细菌内部的内容物和异物无法进入。到目前为止,研究人员已经发现,细菌至少可以通过6种不同的方式将蛋白质(例如毒素)通过2个膜传输到相邻细胞中。

VI型分泌物是最新发现的一种转运形式,对许多类型的细菌都是常见的,包括 霍乱弧菌,是一种水生病原体,可感染全球数百万并引起霍乱。多达20种不同的蛋白质构成了VI型转运机制,但是迄今为止,这些蛋白质如何协同工作以将蛋白质和毒素从细菌细胞中排出仍然是个谜。

由加州理工学院的Grant Jensen博士和哈佛医学院的John Mekalanos博士领导的一组科学家着手发现VI型分泌机的结构,并阐明其作用机理。他们的研究是由NIH国家过敏和传染病研究所(NIAID)和美国国立普通医学科学研究所(NIGMS)资助的,该研究的在线版本发表在 性质 在2012年2月26日。

VI型分泌系统的机械很小。这些结构的直径约为12至15纳米,最适合通过电子显微镜观察,该技术使用电子来查看小于可见光波长的图像。研究人员使用电子冷冻断层扫描技术(在扫描前先将样品冷冻)重建3维图像。 霍乱弧菌 细胞。

在冷冻细胞内,他们发现了细长的直管和半长且较胖的管。试管通过基本结构附着在细胞膜上,并投射到细菌细胞中。科学家推测,这些试管是被冷冻成两种构象的VI型分泌机。进一步的实验证明它们是正确的。

为了研究是否可以观察到活细胞中2个管结构之间的过渡,研究人员转向了光学显微镜。他们在其中一种管结构蛋白上添加了荧光标签。然后将这些标记的蛋白质掺入活细胞的试管中。科学家使用延时摄影机观察了几秒钟内细胞内长而细的荧光管。收到未知信号后,电子管很快(约5毫秒)塌陷成短形。在那之后的30-60秒内,短管拆开,长管重新成形。

“作为一个领域,我们仅知道只有几台在细菌细胞内部具有可见动态行为的机器,因此让我如此震惊地看到这种小型纳米机器如此清晰,我感到非常震惊,” Mekalanos说。尽管他们看不到注射器状结构的内部,但科学家们认为,分泌的蛋白质会从中空管中射出,然后坍塌成短形,进入靶细胞。

詹森说:“人们对动物之间真正有趣的方式互相伤害并不感到惊讶-蛇有毒,熊有爪。” “但他们可能会惊讶地发现,其中一只动物体内的单个细胞仍比我们所说的细菌细胞大100倍,而细菌细胞却包含如此精密的武器。那是奇迹。”

—由莱斯利·厄尔(Lesley Earl)博士

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参考文献: 性质。 2012年2月26日。doi:10.1038 / nature10846。 [Epub提前发布]