细菌细胞壁构建者的新家族

哈佛医学院的科学家已经发现了一种新的蛋白质家族，几乎所有的细菌都用它来构建和维持细胞壁。研究负责人David Rudner和Thomas Bernhardt表示，第二套细胞壁合成仪的发现可以为瞄准细胞壁的急需疗法铺平道路，作为杀死有害细菌的一种方法。研究结果发表于8月15日的“ 自然”杂志上。

“我们知道这些蛋白质是一个很好的靶标，因为它们是我们可以从细胞外抑制的酶，”该论文的高级作者和HMS微生物学和免疫生物学教授Rudner说。“现在我们可以更好地处理这些蛋白质的作用以及潜在的药物如何影响它们的活性，”该论文的共同作者和HMS微生物学和免疫生物学教授Bernhardt说。

细胞壁在维持细菌结构完整性，决定其形状和抵御毒素，药物和病毒等外部攻击方面起着至关重要的作用。细胞壁由通过短肽连接在一起的糖链组成。

半个世纪以来，青霉素结合蛋白 - 以禁用它们的药物命名的分子 - 被认为是主要的，也许是唯一的细胞壁合成仪。

青霉素于1928年被发现并于1942年首次用于治疗细菌感染，但直到1957年，科学家才明白青霉素是如何阻断构成细菌细胞壁的蛋白质的。20世纪70年代和80年代对细菌大肠杆菌的研究充实了青霉素结合蛋白构建细胞壁的机制。

其他参与者可能参与细胞壁生物发生的线索后来出现。2003年制造的一项重要发现被该领域的许多人所忽视：即使在没有青霉素结合蛋白的情况下，细菌枯草芽孢杆菌也能够生长和合成其细胞壁。一些研究人员被“缺失的聚合酶”诱惑，有时被称为“兼职的月光酶”。

刚刚在Bernhardt实验室的HMS研究员和该论文的共同作者上原刚(Tsuyoshi Uehara)就是这些科学家之一。他认为一个蛋白质家族负责细胞的形状，伸长，分裂和孢子形成，或科学速记中的SEDS蛋白，可能是缺失酶的主要嫌疑人。SEDS蛋白质以一种表明它们可能参与合成壁的方式在细菌细胞周围移动，并且如果失活，则扰乱细胞壁合成。

为了验证SEDS蛋白可能参与细胞壁合成的假设，Rudner实验室的HMS研究生，该论文的第一作者Alexander Meeske删除了所有已知的青霉素结合蛋白，这些蛋白参与聚合细胞壁。然而，SEDS蛋白质继续以与它们一直相同的方式移动。观察结果表明SEDS蛋白质看起来像缺少的酶，更像是主要的玩家而不仅仅是月光剂。

后来的遗传和生物化学实验证实，SEDS蛋白确实是一个全新的细胞壁合成家族。

科学家还表明，两个细胞壁合成仪家族可以协同工作：当SEDS蛋白环绕细胞壁形成箍状结构时，青霉素结合蛋白扩散地移动，形成较小的链，与箍状链一起，建造细胞壁。

研究人员表示，早期的研究表明，当青霉素结合蛋白被阻断时，细菌死亡，这掩盖了SEDS蛋白的重要性。

在目前的论文中，科学家发现SEDS蛋白在细菌中比在青霉素结合蛋白中更常见，这使人们希望针对SEDS蛋白的潜在抗生素可以有效对抗广谱细菌。

“在该领域长期以来，人们认为一组酶在一组复合物中起作用以构建一个壁。现在我们有两套酶似乎在不同的系统中起作用，”Bernhardt说。“不知何故，他们必须协调建立这种网状结构，以保持完整性并随着细胞的生长和分裂而扩展。”

两个蛋白质家族如何协同工作只是新工作提出的许多问题之一。“尽管历史可以追溯到20世纪20年代的青霉素，但还有很多值得学习的东西，”伯恩哈特说。“这就是令人兴奋的原因，”鲁德纳说。“在现代测序基因组的时代，我们仍然在发现在这条途径中起作用的新酶。”