细菌细胞壁再生的新转运体

　　

   

   

Felipe Cava教授和博士生Michael Gilmore

瑞典Umeå大学的研究人员发现了一种细菌用来回收细胞壁碎片的转运体。他们发现这种转运蛋白控制着对某些细胞壁靶向抗生素的耐药性。  

Umeå大学的Felipe Cava教授和博士生Michael Gilmore发现，这种转运蛋白对植物病原体的细胞壁完整性至关重要，这是一些人类病原体的便捷实验室模型。

细菌被保护性的外骨骼，即细胞壁所包围。细胞壁对细菌来说是必不可少的，因为它决定了细菌的形状，并使它们能够保护自己，我们的许多最好的抗生素都是针对构建和重塑这种结构的蛋白质。随着细菌的生长和分裂，它们会重塑它们的细胞壁，从而释放出被称为壁肽（muropeptides）的细胞壁碎片。释放的肽可以进入环境，在物种间的相互作用中产生深远的影响，或者被运输回细胞进行循环利用。一些细菌利用一种叫做AmpG的膜转运体来循环利用胞肽。然而，许多细菌没有这种转运体，因此不知道它们如何或是否回收它们的细胞壁。

当细菌遇到细胞孔靶向抗生素(如青霉素)时，会释放过量的壁肽。一些细菌在循环过程中检测到这些多余的肽，并以此为信号产生一种叫做β-内酰胺酶的酶，这种酶可以分解抗生素。然而，并不是所有的细菌都能做到这一点，而且肽的循环利用还不是很清楚。

研究人员发现了研究细菌Agrobacterium tumefaciens的一种新的转运蛋白，它在AmpG和相关细菌中取代了AmpG的作用。通过筛选抗生素磷霉素减少新细胞壁合成时生长所需的基因，他们发现一种属于ATP结合盒ABC家族的转运蛋白似乎对细菌的生存至关重要。当他们删除转运蛋白时，他们发现在细胞的生长培养基中积累了大量的肽，而在细胞内却没有。新发现的转运体被命名为YejBEF-YepA。

当研究人员测试这种转运蛋白突变体对β-内酰胺类抗生素(如氨苄西林)的耐药性时，他们发现它变得极其敏感。正如预期的那样，这与β-内酰胺酶活性的下降相对应。然而，值得注意的是，转运蛋白突变体变得比完全缺乏β-内酰胺酶的菌株更敏感，这意味着一定有更多的事情在发生。为了进一步研究这一点，研究人员尝试通过在低渗透介质中培养循环缺陷菌株，在低渗透介质中细胞壁提供的支持变得非常重要。细菌生长非常差，并表现出肿胀和裂解，这意味着细胞壁的完整性大大降低。

研究人员更详细地研究了细胞壁化学，发现转运蛋白突变体的细胞壁厚度比正常的要低得多，这与细胞壁前体分子的类似减少相对应。此外，细胞壁的交联比正常的少，更多地依赖于一种不寻常的交联酶。他们得出结论，再生细胞壁材料的损失一定是抗生素敏感性和细胞壁缺陷的主要原因，这些缺陷在缺乏转运蛋白的细菌中可见。

有趣的是，这种转运体在之前就已经被报道过了，它对Sinorhizobium meliloti形成植物共生，与对哺乳动物致病Brucella melitensis抗抗菌肽很重要。然而，直到现在，人们才发现其作为细胞壁循环转运体的功能。因此，它可能是抗生素或某些人类病原体佐剂的一个有前途的靶点，但也与植物病原体或共生体的农业有关。

研究结果发表在科学杂志《Nature Communications》上。