研究人员在细菌膜囊泡研究中突破了墙壁

许多细菌释放膜囊泡，膜囊泡是由含有生物分子的细胞膜组成的纳米级球体。膜囊泡可以转运DNA和蛋白质，并参与细菌相互作用。它们在纳米技术和生物医学方面具有潜在的应用，包括癌症治疗。然而，细菌形成膜囊泡目前尚不清楚。特别是，具有非常厚的细胞壁的革兰氏阳性细菌的膜囊泡的释放机制仍然是一个谜。

在一项合作努力中，日本和瑞士研究人员研究了革兰氏阳性细菌枯草芽孢杆菌模型中的膜囊泡形成。该团队通过使用活细胞成像技术和最先进的电子冷冻断层扫描技术，可以显示膜囊泡的释放。活细胞成像允许研究人员实时跟踪膜囊泡形成过程中细胞的命运，而电子冷冻断层扫描可以提供接近天然状态的高分辨率三维细胞结构。

活细胞成像显示释放膜囊泡的细胞死亡但仍保留其细胞结构。电子低温断层扫描进一步证明细胞膜中形成小孔，细胞膜通过该孔突出并形成囊泡。一系列实验表明细胞壁中的孔是由细胞内溶素形成的，细胞内溶素通常被细菌感染病毒(噬菌体)用于破坏宿主细胞壁以诱导其释放到环境中。

“这是第一个清楚显示膜囊泡是如何在革兰氏阳性细菌中形成的例子之一，”筑波大学和苏黎世大学的第一作者Masanori Toyofuku说。“我们发现膜材料通过细胞壁上的孔挤出，形成囊泡，然后最终从细胞中分离出来。”

活细胞成像实验还表明细胞形成的膜囊泡可以触发邻近细菌中的囊泡形成，因为释放的细胞内溶素会破坏附近细胞的细胞壁。先前已显示细胞内溶素在革兰氏阴性细菌中诱导膜囊泡形成。因此，研究小组的研究结果强调了细胞内溶素在细菌膜囊泡生成中的重要性，这表明了一种普遍的形成机制。已经假设膜囊泡的产生对于中和环境因子是重要的，例如靶向细菌膜的抗微生物肽或噬菌体。

“考虑到环境中噬菌体的丰富程度和破坏细胞壁的其他机制，细胞裂解可能在自然界中的膜囊泡形成中起主要作用，”苏黎世大学的Leo Eberl说。“阐明源自细胞裂解和替代机制的环境中囊泡的比例将会很有趣。”

内溶素诱导细菌膜囊泡形成的知识可以促进它们在纳米技术和生物医学中的应用。“我们设想通过开发具有工程内溶素产生的细菌菌株可以实现膜囊泡的大规模生产，”筑波大学的Nobuhiko Nomura解释说。