关注大肠杆菌致病菌 Nature发文提出新机制

　　

生物通报道：近期德国等欧洲地区出现的急性大肠杆菌致病菌引起的疫情倍受关注，这一事件也将致病性大肠杆菌推到了风尖浪口，科学家们也希望能更多深入了解这种病菌，获得更好的治疗方法。来自英国伦敦大学，约克大学等处的研究人员通过分析一种致病性大肠杆菌的晶体结构，分析了大肠杆菌的菌毛结构，从中获得了对付此类大肠杆菌致病菌的方法。这一研究成果公布在昨天出版的Nature杂志上。

许多种细菌都能产生所谓的纤毛（菌毛）纤维，比如引起尿道感染的大肠杆菌（Escherichia coli）和引起黑死病的耶尔森氏菌属（Yersinia pestis）等。纤毛纤维是细胞联锁的“积木”筑成的城堡，它们堆叠在一起，使每一“积木”的尾巴都可以恰好镶嵌到下面积木的凹槽中。之前的研究发现两种普通类型的蛋白：陪伴分子和引导分子不知通过什么方式控制着纤维纤维的组装。陪伴分子可以帮助其它蛋白折叠成正确的形状，防止蛋白之间进行相互作用引起问题。而引导分子，正如它们的名字所示，能够确保陪伴分子将蛋白带到正确的地点。但在这种纤毛中，蛋白是如何激发运输的，至今还并不是很清楚。

在这篇文章中，研究人员通过分析尿道感染的大肠杆菌中usher (FimD)的高分辨率晶体结构，发现这种结构与一个转位基质(FimH adhesin)结合——Chaperone-usher (CU) “菌毛”是由一个陪伴分子和一个被称为“usher”的外膜引导分子在外膜上组装成的。研究人员从中发现了一种原始蛋白运输因子的激发机制，这将有助于研制针对1型菌毛形成，和潜在抑制膀胱炎的药物。

而另外一种致病性大肠杆菌，即近期的肠出血性大肠杆菌，在深圳华大基因研究院、德国汉堡大学医学院、中国疾病预防与控制中心和军事医学科学院微生物流行病研究所的研究人员的努力之下，揭示德国疫情是由一种新型具有超级毒性的大肠杆菌引起的，该新型菌株携带多种耐抗生素的特异基因，致使其难以治疗。

研究人员初步组装结果预测的菌株基因组大小为5.2Mb。通过对序列的分析发现该菌株属于血清型O104，但O104型大肠杆菌以前未见引起人类感染大规模爆发的报道。通过进一步比对分析发现该菌株与2002年从中非艾滋病患者腹泻标本中分离的肠侵袭性大肠杆菌55989菌株的同源性超过93%。根据对基因序列的分析结果显示，导致疫情爆发的菌株通过基因水平转移获得了肠出血性大肠杆菌的毒力基因和毒力相关质粒，可能与该菌株强毒性和重症感染有关。

原文摘要：

Crystal structure of the FimD usher bound to its cognate FimC–FimH substrate

Type 1 pili are the archetypal representative of a widespread class of adhesive multisubunit fibres in Gram-negative bacteria. During pilus assembly, subunits dock as chaperone-bound complexes to an usher, which catalyses their polymerization and mediates pilus translocation across the outer membrane. Here we report the crystal structure of the full-length FimD usher bound to the FimC–FimH chaperone–adhesin complex and that of the unbound form of the FimD translocation domain. The FimD–FimC–FimH structure shows FimH inserted inside the FimD 24-stranded β-barrel translocation channel. FimC–FimH is held in place through interactions with the two carboxy-terminal periplasmic domains of FimD, a binding mode confirmed in solution by electron paramagnetic resonance spectroscopy. To accommodate FimH, the usher plug domain is displaced from the barrel lumen to the periplasm, concomitant with a marked conformational change in the β-barrel. The amino-terminal domain of FimD is observed in an ideal position to catalyse incorporation of a newly recruited chaperone–subunit complex. The FimD–FimC–FimH structure provides unique insights into the pilus subunit incorporation cycle, and captures the first view of a protein transporter in the act of secreting its cognate substrate.