细菌“细胞器”Microcompartment的装配方式

Todd O. Yeates长期以来一直研究细菌中神秘的微隔室（microcompartment） ，最近他的研究小组又在《Science》上发表文章，详细描述了微隔室分子如何三面合拢形成衣壳并将酶装入内部。足球和大型圆形建筑都是由大量的六边形以及少量的五边形组成一个闭合的球体，羧酶体真也是遵循这一普遍原则而形成的。

　　

加州大学洛杉矶分校的科学家发表在2月22日《Science》上的一篇文章，回答了一个重要的问题：在许多病原和细菌中都存在的神秘微隔室（microcompartment），其三维结构到底是怎样形成的？他们在文章中详细描述了微隔室分子如何三面合拢形成衣壳并将酶装入内部。

 

如果科学家能够干扰、组织这些微隔室的形成，那么就有可能将病原菌改造为无毒的细菌。但怎么去做，人们还不知道，不过现在这项研究的结果应该能够提供一些作用微隔室的基础信息。

 

羧酶体（arboxysome）是一种研究最为充分的微隔室分子，研究人员已鉴定了其折叠过程的关键蛋白。羧酶体的蛋白外壳结构，就像足球或迪斯尼的太空船地球(Spaceship Earth)一样。一个现代足球是由20块白色的六边形球皮和12块黑色的五边形球皮缝成的，其中五边形对于足球的闭合是非常关键的。由大量的六边形以及少量的五边形组成一个闭合的圆球，这一原则为建筑学家们、微生物学家和足球生产商所熟悉。

 

微隔室分子显然也熟悉这一原则。它们也一样由12个五边形来将整个结构闭合，12个五边形就完全无法闭合。研究人员将这些形成五边形的蛋白称作“五角的羧酶体衣壳蛋白”。羧酶体的结果显示出，六个蛋白分子紧密地靠近，不断重复。羧酶体每一块衣壳都有超过3,000个六条边、六个顶点的亚基。

 

2005年8月的时候，这些研究人员曾在《Science》报道，微隔室装配的原则是，外层的蛋白质形成六边形，这些六边形再一起形成二维的分子块。研究人员推断，这些六边形组成的分子块形成了微隔室的衣壳外层，其间微笑的孔隙允许小分子进出微隔室。研究人员现在则发现，这些衣壳是如何进行三维闭合的。

 

细菌感染宿主时，会产生微隔室。他们现在研究其它有重要生物学和医学意义的微隔室。这些研究让人们了解，细菌如何进化发展出各种策略，以有效地处理它们所面对的各种挑战。在某些情况下，微隔室被可以起到保护作用，能够保护细胞。

研究人员将继续研究，这些衣壳如何捕捉到酶并将其包围起来的，以及各个微隔室之间有何不同。他们也很想试试，可否设计出一种人工的微隔室，将其它的酶包装起来。

 

细菌等原核生物和人类等真核生物的一个重大区别，就是真核生物有更多的亚细胞分隔结构，如线粒体和细胞核等。这一项研究则模糊了上述区别，因为细菌细胞的复杂程度远远超出科学家的想象。

 

研究人员表示，如果可以生物工程的方法人工构建微隔室，那么这项研究的结构就可以在很多方面派上用场。（生物通，揭鹰）

 

Shiho Tanaka et al. Atomic-Level Models of the Bacterial Carboxysome Shell.Science 22 February 2008: 1083-1086.