重新配置细菌运输系统会产生倒档

在过去20年对细菌引起疾病的机制的最令人兴奋的发展中，发现许多这样的微生物具有将细菌编码的蛋白质直接转移到它们感染的细胞中的能力1。转移的蛋白质被称为效应物，它们在调节细胞过程以促进细菌感染方面发挥不同的作用。通过形成注射机的蛋白质复合物实现了这种显着的转移壮举。最广泛的注射机之一是III型分泌系统(T3SS)，其在许多致病细菌中起作用2。写在Cell，Pal等人。3报告了这一有趣的发现，即组成大肠杆菌致病菌株中T3SS的一部分成分被重新利用，以帮助在细菌细胞表面产生可能参与运输分子的纳米管样结构。在相反的方向：从宿主细胞到细菌。

这一发现的起源可以追溯到以前的研究4，5，其中记载的细菌一些种类的表面上的纳米管结构的存在。尽管纳米管结构的组成尚未完全了解，但已知它们可在感染期间在相邻的细菌细胞6之间形成桥接，或在细菌和哺乳动物宿主细胞之间形成连接(图1)4。这些结构的功能仍然难以捉摸，尽管有人提出它们参与在细菌之间运输分子6或促进信号从细菌传播到哺乳动物细胞4。

Pal等人。目前的数据暗示纳米管结构可能直接从宿主细胞中清除营养物质。作者设计大肠杆菌仅在细菌细胞含有正常水平的氨基酸脯氨酸时表达荧光蛋白。如果作者在氨基酸饥饿条件下培养细胞，则不表达荧光蛋白。但如果在这种条件下的细菌也与哺乳动物细胞接触，它们就表达了荧光蛋白。这表明微生物的反应就好像它们正在获取营养素一样。

然而，这些实验无法解开纳米管是否被用于直接饲养营养物，如果是，它们是否从宿主细胞表面或宿主细胞内部的细胞质中运输营养物。后一种情况可能需要纳米管具有刺穿宿主细胞的细胞膜的能力。作者还报道，只有当两种类型的细胞紧密接触时，膜透性染料才能从体外培养的哺乳动物宿主细胞转移到细菌。

然而，没有直接证据表明纳米管确实介导了分子转运 - 作者的数据仅提供了这些结构的存在与细菌的营养反应或染料的获得之间的相关性。因此，没有排除对观察结果的替代解释，包括纳米管参与促进细菌和宿主细胞之间的亲密相互作用，从而通过另一种机制获得营养物质。此外，通常由作者提出的途径传播的分子或分子的身份仍然未知。尽管如此，尽管问题仍然存在，但数据足以支持Pal及其同事的模型。

Pal等人的实验。表明纳米管的形成取决于在大肠杆菌中仅形成T3SS的一部分组分的表达。T3SS也称为注射异构体，由两个主要的多蛋白亚结构组成：一种称为细胞质分选平台的蛋白质复合物，负责选择T3SS递送的效应物;和针复合物，它介导效应物通过细菌细胞膜。针头复合体内的深处存在于输出装置 - 一组几种膜蛋白，其有助于效应物通过细菌细胞的内膜(一些细菌细胞被内膜和外膜包围)。这些出口设备蛋白构成了作者实验系统中驱动纳米管形成所需的T3SS组分的子集。

Pal及其同事发现单独输出装置的表达足以使纳米管在大肠杆菌中形成。这一观察暗示了可能导致纳米管组装的机制：鉴于出口设备蛋白质存在于细菌的内膜中，它们是否能以某种方式刺激膜形成小管，从而导致纳米管生成?出口装置的蛋白质在进化上是高度保守的，并且作者报道纳米管可以在大肠杆菌中形成，其被设计成表达其他细菌物种的T3SS的输出装置。当作者设计大肠杆菌时，也制作了纳米管表达称为鞭毛的细菌结构的组分，其在微生物运动中起作用并且包含与形成T3SS的蛋白质相关的蛋白质。

鉴于出口设备位于T3SS的核心位置，使用出口设备蛋白来驱动纳米管形成将与这些也作为注入体的一部分起作用的组分不相容。这表明需要一种调节机制来确保输出装置蛋白被分配形成注射体或纳米管。有趣的是，在大多数细菌种类的T3SS中，编码输出装置的基因聚集在一起，与包含编码针复合物其他成分的基因的遗传区域不同。该组织可以帮助针对复合体和输出设备的差异调节生产。

但是，Pal等人。提出了一些间接证据，证明单个细菌细胞可以同时参与营养觅食，使用纳米管和效应器注射通过注射体。这表明系统的调节机制比组分的差异基因表达更复杂。已经在细菌细胞表面发现了纳米管，这些细胞似乎没有参与T3SS介导的效应物注射4。因此，在与宿主细胞接触之前，某些细菌细胞群可以组装注射体或形成纳米管。

Pal及其同事的研究提出了许多值得进一步研究的问题。纳米管是如何组装的?转运只发生在一个方向 - 例如，从宿主细胞到细菌 - 还是双向的?运输是否对某些类型的化合物有选择性?请继续关注答案，因为毫无疑问，更多的惊喜还未到来。