Nature：不同以往的一类新抗菌剂

研究人员发现了形状像雨伞的有毒蛋白质颗粒，被称为链霉菌的土壤细菌分泌这种颗粒来压制它们拥挤的微生物群落中的竞争对手，尤其是它们自己物种的其他细菌。这些新发现的抗菌毒素的不同之处在于，与链霉菌的小分子抗生素不同，伞状毒素是由多种蛋白质组成的大型复合物。它们对目标细菌的特异性也要高得多。它们倾向于追逐形成分支细丝的细菌，这是细菌中常见的生长模式。科学家们对这一发现的潜在临床应用很感兴趣，因为他们怀疑引起结核病和白喉的病原体可能对伞状毒素敏感。

　　

研究人员发现了一种形状像雨伞的有毒蛋白质颗粒，这种被称为链霉菌（Streptomyces）的土壤细菌分泌这种颗粒来压制竞争对手，尤其是它们自己物种的其他细菌。

4月17日，研究人员在《自然》（Nature）杂志上发表了关于伞状毒素颗粒的发现及其结构、组成和作用方式的相关信息。

伞状毒素蛋白是这些细菌对其微观对手进行各种战斗攻击的最新例子。它们所生活的拥挤而多样的细菌群落是一场抗菌素攻击、反击和防御的混战。

具有讽刺意味的是，许多临床使用的抗生素直接来源于细菌在其自然栖息地中相互对抗的分子，或者受到分子的启发。链霉菌对抗竞争对手的化学武器是这类分子最丰富的来源之一。其中包括常见的广谱药物链霉素。

这些新发现的抗菌毒素的不同之处在于，伞状毒素与链霉菌的小分子抗生素不同，是由多种蛋白质组成的大型复合物。它们对目标细菌的特异性也要高得多。

《自然》杂志论文的作者推测，伞状毒素的这些特性解释了为什么它们在100多年来对链霉菌产生的毒素的研究中没有被发现。

编码伞毒素的基因最初是通过寻找新的细菌毒素的生物信息学发现的。在华盛顿大学医学院Joseph Mougous微生物实验室的Qinqin Zhao领导的生化和基因实验中，科学家们了解到这些毒素与其他蛋白质在一个大的复合体中存在关联。

这些蛋白质复合物的低温电子显微镜是由Young Park在David Veesler的实验室进行的，David Veesler是华盛顿大学医学院的生物化学教授，也是霍华德休斯医学研究所的研究员。

这些研究表明，Qinqin Zhao分离出的毒素复合物具有与他们在西雅图发现的毒素复合物相适应的惊人外观。它们看起来像雨伞。

“这些颗粒的形状非常奇特，在未来的工作中，了解它们不寻常的形态如何帮助它们消除目标细菌将是很有趣的，”Mougous说，他是华盛顿大学医学院的微生物学教授，也是霍华德休斯医学研究所的研究员。

然后，科学家们试图通过筛选毒素对每一种可能的目标生物的影响来确定这些毒素的目标，从真菌到140种不同的细菌，包括一些从高粱植物中提取的细菌，这些细菌来自加州大学伯克利分校和美国农业部农业研究服务局的研究作者Devin Coleman的实验室。

在这些潜在的对手中，毒素专门针对它们自己的兄弟:其他链霉菌物种。

“我们认为这种精致的特异性可能是由于构成伞状辐条的蛋白质，这些蛋白质在颗粒中有所不同。这些蛋白质可能会附着在竞争对手细菌表面的特定糖上。”

通过分析数千个公开的细菌基因组，圣路易斯大学的Dapeng Zhang和他的研究生Youngjun Tan发现，许多其他种类的细菌也有制造伞状颗粒毒素的基因。有趣的是，这些物种都形成分枝细丝，这在细菌中是一种不寻常的生长方式。

除了关于伞状毒素颗粒的基本生物学的许多有待回答的问题外，Mougous和他的同事们对它们潜在的临床应用很感兴趣。

他们怀疑引起肺结核和白喉的细菌可能对伞状毒素敏感。他们指出，这些细菌已经对传统抗生素产生了抗药性。科学家们建议，伞状毒素颗粒可能值得探索，因为它们有可能抑制这些严重的致病细菌。