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为探究原核生物中蛋白质无序区域（IDRs）的糖基化功能，研究人员以链球菌为对象开展研究。结果发现不同链球菌的膜相关蛋白 IDRs 存在差异糖基化修饰，且影响生物膜形成等功能。该研究揭示了新机制，为后续研究提供方向。
在微观的生命世界里，蛋白质就像一个个忙碌的 “小工匠”，执行着各种重要任务。其中，有一些蛋白质区域，被称为内在无序区域（IDRs），它们没有稳定的三维结构，却在细胞中发挥着关键作用。在真核生物中，IDRs 已经得到了较为深入的研究，人们发现它们与许多疾病的发生发展密切相关，比如癌症、心血管疾病等。然而，在原核生物的世界里，IDRs 却像是被遗忘的角落，很少被系统地研究。
在细菌的 “小天地” 中，革兰氏阳性菌链球菌与人类健康有着千丝万缕的联系。其中，变形链球菌（S. mutans）是导致人类龋齿的主要 “元凶”，化脓链球菌（S. pyogenes）和肺炎链球菌（S. pneumoniae）也会引发多种疾病，严重威胁人类健康。这些细菌的膜相关蛋白在其生长、致病过程中扮演着重要角色，而膜相关蛋白中的 IDRs 功能却鲜为人知。此外，虽然蛋白质的糖基化修饰在细菌中较为常见，但糖基化对 IDRs 生物学功能的影响以及在细胞过程中的作用仍有待阐明。为了解开这些谜团，来自美国肯塔基大学、印第安纳大学布卢明顿分校等机构的研究人员展开了深入研究，相关成果发表在《Nature Communications》上。
研究人员主要运用了多种技术方法来开展此项研究。在生物信息学分析方面，通过定制的 Python 脚本，结合 TMbed、DR - BERT 等模型预测细菌蛋白质的跨膜区域、信号肽和无序区域，并利用 TOPCONS 和 AlphaFold2 对结果进行验证。在分子生物学实验中，构建各种突变菌株，如在化脓链球菌、变形链球菌和肺炎链球菌中分别构建相关基因的缺失突变体和互补菌株；同时进行蛋白质纯化、体外酶活性测定、糖蛋白富集与鉴定等实验，利用质谱（MS）分析鉴定糖蛋白，采用免疫印迹分析检测蛋白质表达和修饰情况。在细胞生物学实验中，进行生物膜形成实验，观察不同条件下细菌生物膜的形成情况；还运用荧光显微镜技术观察糖基化相关现象。
研究结果如下：
- GtrB 和 PgtC2 对化脓链球菌膜蛋白的糖基化修饰：研究人员发现，在化脓链球菌中，GtrB 参与合成 Glc - P - Und（一种糖脂），它能将 UDP - Glc 上的葡萄糖转移到 Und - P 上。PgtC2 则在蛋白质糖基化的最终步骤发挥作用，将 α - Glc 从 Glc - P - Und 转移到膜蛋白上。通过实验验证，PrsA1、PBP1a、LytR 和 PknB 等都是糖蛋白，且 PrsA1 的富含丝氨酸（Ser）和苏氨酸（Thr）的 C 末端 IDR 被糖基化修饰。
- 链球菌中富含 Ser/Thr 的 IDRs 广泛存在：研究人员开发的自动化流程分析发现，化脓链球菌、肺炎链球菌和变形链球菌的膜和分泌蛋白中都存在富含 Ser/Thr 的 IDRs，这些区域通常位于蛋白质的 C 末端，且在其他厚壁菌门细菌中也普遍存在。
- 肺炎链球菌中富含 Ser/Thr 的 IDRs 的糖基化修饰：在肺炎链球菌中，GtrB 和 PgtC2 同样参与膜蛋白的糖基化修饰。研究人员通过 ConA 富集策略和免疫印迹分析等实验，确定了 PBP1a、PBP1b、PrsA 等蛋白的 IDR 是糖基化位点，且糖基化对部分蛋白的总蛋白水平有影响。
- 变形链球菌中富含 Ser/Thr 的 IDRs 的糖基化修饰及功能：变形链球菌中，Pgf 途径的酶（PgfS 和 PgfM1）将 N - 乙酰半乳糖胺（GalNAc）转移到膜相关蛋白的富含 Ser/Thr 的 IDRs 上，如 PrsA、PBP1a、PknB 和 FtsQ。在乙醇应激条件下，PrsA 的 IDR 糖基化对变形链球菌基于蛋白质的生物膜形成至关重要，缺失糖基化会导致生物膜形成缺陷。
- 糖基化对 IDRs 的保护作用及对蛋白水平的影响：研究发现，糖基化能够保护 IDRs 免受蛋白酶的降解，如在变形链球菌中，缺失糖基化会使 PrsA 和 PknB 更容易被蛋白酶切割。此外，一些 C 末端 IDRs 对蛋白质的最佳表达水平有积极作用，如 PrsA、PBP1a 和 PknB 的 IDR 能促进蛋白质的产生。
研究结论和讨论部分指出，该研究揭示了链球菌中膜相关蛋白富含 Ser/Thr 的 IDRs 的糖基化修饰机制，不同链球菌采用不同的糖基化方式。这种修饰与细菌的生物膜形成密切相关，尤其是在应激条件下，糖基化修饰对维持生物膜的稳定性至关重要。同时，研究还发现糖基化能够保护 IDRs 不被蛋白酶降解，IDRs 的长度和糖基化状态会影响蛋白质的功能和表达水平。这一研究不仅为理解链球菌的致病机制提供了新的视角，也为开发针对链球菌感染的治疗策略提供了潜在的靶点，对未来研究原核生物中糖基化修饰的功能具有重要的指导意义，为深入探索原核生物的生命奥秘奠定了坚实基础。
