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为解决细菌黏着斑复合物（bFA）分子结构和蛋白相互作用不明的问题，研究人员利用 AlphaFold 对滑行运动蛋白进行研究。结果揭示了 bFA 各模块间的相互作用及力转导机制。这为理解细菌运动提供了重要依据，推动了相关领域研究。
在微观的生物世界里，细胞的运动就像是一场神秘的舞蹈，而黏着斑复合物（Focal Adhesion Complexes，FAs）则是这场舞蹈中的关键编舞师。在真核生物中，FAs 帮助细胞与细胞外基质相连，让细胞能够灵活地移动、感知环境并与其他细胞协作。有趣的是，细菌也有自己的 “黏着斑复合物”—— 细菌黏着斑（bacterial Focal Adhesion，bFA）。以土壤细菌黄色粘球菌（Myxococcus xanthus）为例，它利用 bFA 在各种表面上穿梭，寻找食物、捕食其他微生物，完成一系列生存任务。
然而，尽管科学家们知道 bFA 对于细菌运动至关重要，但它的分子结构以及其中蛋白质之间的相互作用，却如同隐藏在迷雾中的宝藏，一直未被清晰地揭示。黄色粘球菌的 bFA 系统（Agl - Glt）是一个庞大而复杂的网络，由至少 17 种蛋白质组成，这些蛋白质贯穿细菌的细胞包膜。此前，虽然对该系统的动态变化有了一定了解，但在分子层面，许多关键问题仍然悬而未决：分子马达如何与细胞外的黏附素连接？力是如何通过多层的细胞包膜传递的？这些问题就像一道道谜题，吸引着科学家们去探索。
为了揭开这些谜团，来自法国艾克斯 - 马赛大学（Aix - Marseille Université）等机构的研究人员踏上了探索之旅。他们聚焦于黄色粘球菌的 bFA，开展了深入的研究。研究的最终目标是构建出 bFA 的结构模型，明确其中各蛋白质的相互作用方式，进而揭示 bFA 的力转导机制。这一研究成果发表在《Communications Biology》杂志上，为我们理解细菌运动的分子机制打开了一扇新的大门。
在这项研究中，研究人员主要运用了 AlphaFold 这一强大的蛋白质结构预测工具。AlphaFold 能够根据已知的蛋白质序列信息，预测蛋白质的三维结构，为研究复杂的蛋白质组装体提供了可能。研究人员借助这一工具，结合已知的滑行运动蛋白的相互作用和动态变化数据，对 bFA 中的蛋白质复合物进行了结构预测。同时，他们还使用了诸如 Coot、ChimeraX 等软件对预测的结构进行可视化分析和评估，通过计算埋藏表面积（Buried Surface Area，BSA）等参数来衡量蛋白质之间相互作用的强度，这些技术手段相互配合，为研究的顺利开展提供了有力支持。
研究结果
- 外膜（OM）复合物：研究人员对 OM 复合物进行了深入的结构预测，包括 GltABH 复合物、GltABHK - CglB 复合物以及 GltABHK - CglB - GltC 复合物。结果发现，GltA 和 GltB 之间存在强相互作用，它们通过形成 β - 折叠片等结构紧密相连，是 OM 复合物的核心组成部分，而 GltH 则作为辅助成分与它们相互作用。在 GltABHK - CglB 复合物中，GltK 的定位与之前的假设不同，它覆盖在 GltAB 孔蛋白的外表面，与 CglB 形成广泛的相互作用，从而促使 CglB 在细胞表面暴露。在 GltABHK - CglB - GltC 复合物中，GltC 位于孔蛋白三聚体的周质面，它与 GltA、GltB 以及其他周质蛋白相互作用，使得成熟孔蛋白 N 端的折叠结构更加有序，同时 GltF 的 C 端螺旋能够插入 GltC 的缝隙中，进一步稳定了复合物的结构。
- 周质复合物：周质复合物包含 GltD、GltE、GltF、GltG 和 GltJ 等多种蛋白质。研究人员成功预测了 GltCDEFGJ 复合物的组装结构，发现 GltD 在其中起到核心支柱的作用，与其他多个组件相互连接。GltG 的一段原本无序的区域在与 GltD 结合时发生结构转变，环绕 GltD 半圈，其 C 端的 TonB - CTD 样结构域与 GltD 的 N 端结构域紧密结合。GltJ 的 C 端 TonB - CTD 样结构域也与 GltD 的 N 端结构域结合，但结合位置与 GltG 不同。GltE 与 GltD 的 C 端结构域以及 GltG 存在一定程度的相互作用。此外，GltF 不仅插入 GltC 的缝隙，还在 GltC、GltD 和 GltG 之间形成桥梁，增强了复合物各组件之间的联系。
- 内膜（IM）复合物：预测的 IM AglRQS 复合物结构与 TolQR 系统相似，AglQ 和 AglS 的 N 端插入由 AglR 形成的五聚体通道中，且 AglS 的 N 端尾巴穿过通道到达细胞质端。研究人员进一步预测了包含 AglR、AglQ、AglS 以及 GltG 部分结构域的复合物结构，发现 GltG 的跨膜螺旋（TMH）和其侧翼的 FHA 结构域与 AglRQS 复合物存在较强的相互作用，而 GltJ 的 TMH 虽然靠近 AglR 五聚体，但预测显示它与 AglR 复合物没有相互作用。
- GltI 在细胞质中可能形成分子支架：细胞质中的复合物结构相对不明确，包含 GltI、AglZ、MreB 和 MglA 等成分。研究人员对 GltI 进行结构预测时发现，它具有多个与 GltG 的 N 端 FHA 结构域结合的位点，同时可能与 GltJ 的 GYF 结构域存在相互作用，这表明 GltI 可能在空间上组织多个运动复合物，对细胞质平台的形成和功能发挥起到重要作用。
- 运动复合物的结构视图：综合各模块的结构预测结果，研究人员发现周质复合物与 OM 复合物连接时，周质复合物位于 OM 复合物下方并与之平行。周质复合物通过 GltG 与 IM 复合物相连，尽管连接部分的 GltG 存在一段较长的无序区域，但这一区域可能在力从细胞质平台传递到细胞表面的过程中发挥关键作用。
研究结论与讨论
通过大规模运用 AlphaFold 进行结构预测，研究人员成功构建了 bFA 的结构模型，揭示了其关键结构特征和潜在的力转导途径。这一模型对许多之前难以解释的现象提供了合理的解释，比如 CglB 在细胞表面的暴露机制，以及周质复合物如何连接 IM 马达和 OM 复合物等问题。
然而，目前的模型也存在一定的局限性。它仅描绘了滑行机制的单一构型，未能完全捕捉到 IM 复合物通道的开放、堵塞物的移除以及与肽聚糖的相互作用等动态变化过程。同时，模型没有考虑到蛋白质的多聚化以及其他可能存在的复杂层面。尽管如此，这一结构模型是基于大量实验证据构建的，并且得到了良好的预测局部距离差异测试（Predicted Local Distance Difference Test，pLDDT）和预测对齐误差（Predicted Aligned Error，PAE）值的支持，为后续研究奠定了重要基础。
未来，研究人员需要进一步阐明 bFA 运动的方向性机制，这可能与马达和细胞质平台之间的连接以及 OM 复合物的超分子组织有关。这一研究不仅加深了我们对细菌运动分子机制的理解，还为其他复杂分子机器的结构 - 功能关系研究提供了借鉴。通过这种反向建模方法，科学家们可以更高效地预测和研究各类细胞中复杂分子机器的工作原理，加速生命科学领域的研究进程，为深入探索微观生物世界的奥秘开辟新的道路。
