新技術(shù)揭示細(xì)菌如何完成這項挑戰(zhàn)性任務(wù)

沙門氏菌屬或耶爾森氏菌屬的致病細(xì)菌可以使用微小的注射裝置將有害蛋白質(zhì)注射到宿主細(xì)胞中，從而使感染者感到不適。然而，研究人員分析了這些所謂的III型分泌系統(tǒng)(也稱為“注射體（injectisomes）”)的注射機(jī)制，它們的作用并不僅僅是為了控制疾病。

如果完全了解這種注射體的結(jié)構(gòu)和功能，研究人員就將能夠利用它，將特定的藥物輸送到細(xì)胞中，比如癌細(xì)胞。事實上，注射體的結(jié)構(gòu)已經(jīng)被闡明。然而，目前尚不清楚細(xì)菌是如何裝載它們的注射器，從而在正確的時間注射正確的蛋白質(zhì)。

注射體移動部件尋找蛋白質(zhì)

由馬普陸地微生物研究所的Andreas Diepold和波恩大學(xué)的Ulrike Endesfelder領(lǐng)導(dǎo)的一個科學(xué)家小組現(xiàn)在已經(jīng)解答了這個問題：注射體的移動成分在細(xì)菌細(xì)胞中梳理，尋找要注射的蛋白質(zhì)，即所謂的效應(yīng)物。當(dāng)它們遇到效應(yīng)物時，會像穿梭巴士一樣將效應(yīng)物運(yùn)送到注射針頭的入口處。

該研究的**作者、博士后研究員Stephan Wimmi解釋說:“細(xì)胞質(zhì)中分選平臺的蛋白質(zhì)如何與效應(yīng)物結(jié)合，并將貨物運(yùn)送到膜結(jié)合注射體的出口門，這與貨運(yùn)站的過程類似。”“我們認(rèn)為這種穿梭機(jī)制有助于同時提高注射效率和特異性，畢竟，細(xì)菌必須快速注射正確的蛋白質(zhì)，避免被免疫系統(tǒng)識別和消除。”

為了深入了解注射體的重要加載機(jī)制，研究人員不得不應(yīng)用新技術(shù)。馬克斯普朗克研究所(Max Planck Institute)研究小組負(fù)責(zé)人Andreas Diepold解釋說:“通常用于檢測蛋白質(zhì)相互結(jié)合的傳統(tǒng)方法無法回答這個問題——可能是因為效應(yīng)物只結(jié)合很短的時間，然后立即注入了。這就是為什么我們必須在活細(xì)菌中原位分析這種結(jié)合。”

“為了測量這些短暫的相互作用，我們使用了兩種在活細(xì)胞中工作的新方法，鄰近標(biāo)記技術(shù)（Proximity labeling, PL）和單顆粒示蹤 (Single particle tracking,SPT)，”Ulrike Endesfelder補(bǔ)充說。

Endesfelder小組在三個不同的地方進(jìn)行這項研究：馬克斯普朗克研究所，美國賓夕法尼亞州匹茲堡的卡諾基梅隆大學(xué)和波恩大學(xué)。鄰近標(biāo)記技術(shù)是一種蛋白質(zhì)像畫筆一樣標(biāo)記它的近鄰，使研究人員能夠證明細(xì)菌中的效應(yīng)物與移動注射成分結(jié)合在一起。

這種方法結(jié)合單顆粒示蹤技術(shù)進(jìn)行了更詳細(xì)的研究，后者是一種高分辨率顯微鏡方法，可以跟蹤細(xì)胞中的單個蛋白質(zhì)。研究小組將這些方法稱為 "原位生物化學(xué)"，即現(xiàn)場生物化學(xué)研究，它們使這一突破成為可能。

研究人員接下來想用他們的方法來研究細(xì)菌引起感染的其他機(jī)制。

Andreas Diepold說:“我們對細(xì)菌在感染過程中如何使用這些系統(tǒng)了解得越多，我們就越能理解我們?nèi)绾斡绊懰鼈?/span>——無論是預(yù)防感染還是修改這些系統(tǒng)，以便在醫(yī)學(xué)或生物技術(shù)領(lǐng)域使用它們。”

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