科学家发现细菌聪明的防御机制

最近，科学家发现了关于“细菌如何生长和繁殖”的重要新信息，可能有助于发现极为需要的新抗生素药物。相关研究结果发表在2014年11月18日的《自然通讯》（Nature Communications）。

　　

生物通报道：最近，科学家发现了关于“细菌如何生长和繁殖”的重要新信息，可能有助于发现极为需要的新抗生素药物。利用英国牛津郡的研究所“钻石光源”（Diamond Light Source）——钻石同步加速器科学设施，科学家们已经确定了EzrA的结构，EzrA是一个蛋白质，在细菌分裂和传播的时候，有助于其建立自己的防御性细胞壁。

所有细胞都有一个外层，在重要的遗传信息周围形成一个保护屏障。对于一些细菌来说，当它们在体内传播时，一个牢固的外层有助于入侵细胞幸免于攻击；这种保护层是许多常用抗生素的靶标。然而，当细菌细胞分裂并在体内传播时，这些保护层是如何发展的，关于这方面的知识还存在很多漏洞。

细菌通过细胞分裂进行传播；一旦细菌细胞长到其完整尺寸，它就开始收紧围绕其中部的一条带子，条带变得比以往任何时候都紧，直到它最终将旧的细胞分裂成两个单独的细胞。当这一过程发生时，细胞必须精确复制它的基因组，以便每一个新的细菌细胞都包含跟其他细胞相同的遗传信息。以这种方式，细菌确保它们在体内传播时，在每个新的细胞中保持强大的防御机制。

但是现在，来自纽卡斯尔大学的一个研究小组利用Diamond 的I04-1光束的强大X射线光，来确定帮助驱动这个分而治之系统的蛋白质的原子结构。EzrA是调节细胞分裂过程的一种重要蛋白质。它有助于控制另外一个蛋白质FtsZ，该蛋白管理引起细菌细胞分裂为二的条带的紧缩。然而，FtsZ的原子构造已经弄清，现在，先进的同步加速器技术，可让科学家们进一步揭示支持这一过程的蛋白质EzrA。

相关研究结果发表在2014年11月18日的《自然通讯》（Nature Communications），表明EzrA蛋白的原子结构既美丽又复杂。EzrA的形状是一种不寻常的构象，就像一个圈，它的中间能够容纳条带紧缩蛋白FtsZ。EzrA的圈形构造，可以防止FtsZ蛋白逃逸，直到它已经完成其目的：致使细胞条带收缩和将细胞分裂为二，同时亲本细胞的基因组被复制和传递给子代。

EzrA结构的发现特别有意义，因为它可以帮助确定未来抗生素的新靶点。理解EzrA的原子结构，可以帮助科学家开发出禁用它的方法，从而防止细菌正确地分裂。没有这些至关重要的蛋白质，细菌在其分裂和传播时，就无法为每一个新细胞产生一个保护性细胞壁，从而使新的细胞暴露于攻击之下。

本项目的带头人、纽卡斯尔大学结构生物学教授Rick Lewis评论说：“Ezra的结构是我见过的最美丽和有趣的；如果有人在四年前、这项工作开始时告诉我，EzrA会形成这样的结构，我可能不会相信它们。大自然继续给我们惊喜和启迪。我希望，我们团队以及同事和合作者开展的这项惊人工作，将激励其他人深入研究细菌如何分裂的问题。当然，如果没有Diamond及其员工的支持，这一切都不会成为可能，我们永远感激他们。”

因为科学技术的进步，深入研究生物的原子结构，正变得越来越可行。强大的科学机器，如Diamond，可让科学家们看到太小、用标准显微镜无法看到的东西。自成立以来，Diamond一直都支持解析2000多种这样的蛋白质结构。

揭开这一谜题的特别部分，有可能对未来的抗生素靶标有着显著影响，EzrA结构的发现，有助于我们理解一个至关重要的领域：在我们身体运作中的极小蛋白质的意义。这些复杂和优雅的结构，负责许多重要的生物学过程，诸如此类的发现，对于我们更广泛地了解疾病和治疗至关重要。

（生物通：王英）

延伸阅读：Nature：身体抵抗有害菌的新方法

生物通推荐原文摘要：
Structure and function of a spectrin-like regulator of bacterial cytokinesis
Abstract: Bacterial cell division is facilitated by a molecular machine—the divisome—that assembles at mid-cell in dividing cells. The formation of the cytokinetic Z-ring by the tubulin homologue FtsZ is regulated by several factors, including the divisome component EzrA. Here we describe the structure of the 60-kDa cytoplasmic domain of EzrA, which comprises five linear repeats of an unusual triple helical bundle. The EzrA structure is bent into a semicircle, providing the protein with the potential to interact at both N- and C-termini with adjacent membrane-bound divisome components. We also identify at least two binding sites for FtsZ on EzrA and map regions of EzrA that are responsible for regulating FtsZ assembly. The individual repeats, and their linear organization, are homologous to the spectrin proteins that connect actin filaments to the membrane in eukaryotes, and we thus propose that EzrA is the founding member of the bacterial spectrin family.