细菌附着黏膜的另一机制破译

生物通报道：细菌表面弹簧样（bungee-like fimbriae）菌毛的尖端有黏性蛋白，能够使细菌很容易地附着在物体表面，甚至在宿主体液粗暴地侵刷下，也不会这个挣脱。最近的研究发现，菌毛本身在E. coli附着于黏膜表面的过程中也发挥巨大作用。研究结果刊登于《PLoS Biology》（《大众科学图书馆生物卷》）杂志。

　　

生物通报道：细菌表面弹簧样（bungee-like fimbriae）菌毛的尖端有黏性蛋白，能够使细菌很容易地附着在物体表面，甚至在宿主体液粗暴地侵刷下，也不会挣脱。最近的研究发现，菌毛本身在E. coli附着于黏膜表面的过程中也发挥巨大作用。研究结果刊登于《PLoS Biology》（《大众科学图书馆生物卷》）杂志。

 

华盛顿大学和瑞士联邦苏黎世高等工业大学(ETH-Zurich)研究成员组成的小组，一直致力于研究大肠杆菌（E. coli）附着在黏膜表面的具体机制。早先研究证实，菌毛（fimbriae）顶部的黏附蛋白FimH以一种特殊的方式与细胞表面的糖分子结合。

 

FimH-糖复合体形成“手指扣”样（finger trap）的挂钩，当施加在细菌上的拉力增大时，挂钩会更加有力，因此人体内流动的液体不但不会冲掉细菌，反而能够帮助细菌逗留直至发生感染。相反，当施加在细菌上的外力很小或者没有时，手指扣被解开了。

 

最近的研究发现，菌毛本身在E. coli附着于黏膜表面的过程中也发挥巨大作用。菌毛由连锁蛋白片段（nterlocking protein segments）紧密螺旋盘绕形成，像一个只有7纳米宽的线条富于曲线的玩具。在力的作用下组成菌毛的蛋白片段一个接着一个地解开，菌毛成倍伸长，一旦力消失，菌毛重新回到螺旋状态，维持细菌和黏膜之间紧密结合。

 

论文合作者、ETH-Zurich原料部教授Viola Vogel解释说：“菌毛根据粗暴地迅速地流动条件的改变而迅速地拉伸和弹回。”这个过程中始终维持了一个最佳的力度，防止手指扣样FimH锚定被流体挣脱。

 

论文合作者、华盛顿大学生物工程副教授Wendy Thomas博士说：此系统如同汽车上的安全带，能够缓和颠簸不平的外界条件带来的狂暴的冲力。

 

研究人员发现，菌毛拉伸和弹回事件会根据顶端黏性蛋白黏附细胞表面所需的力度，在合适的范围内互相转化。因此，菌毛系统机械特征和黏附特征相辅相成帮助细菌在宿主动物或者人体“恶劣”环境中固定在细胞表面。

 

论文合作者、美国国立卫生研究院生物工程研究负责人、华盛顿大学微生物教授Evgeni Sokurenko博士说：在菌毛上的到的研究结果展现了一种天然的纳米装置，为人类的仿生学研究带来了新的模式。并且此成果改善了我们对于能够抵制恶劣环境（如尿道或者胃肠道）的细菌的认识。（生物通记者 何潮）