这一发现揭示了某些细菌，包括导致食物中毒和炭疽的菌株，如何形成孢子以便生存。科学家们发现了一种蛋白质，使细菌能够在极端条件下关闭为休眠的孢子。这一过程使细菌几乎不易被破坏，解释了为什么细菌可以在如永久冻土、海洋深处或外太空等不可居住的地方生存。
这种被称为孢子形成的能力，也使超级细菌能够逃脱医院的清洁，然后在身体虚弱患者的肠道中复活。通过发现一种参与细菌孢子形成的新蛋白质，科学家们希望能够加深我们对细菌如何逆境求生的理解，甚至开辟新的抗微生物治疗途径。
今天发表在《基因与发展》杂志上的两篇独立论文中，该研究关注了芽孢杆菌——一个包括负责食物中毒的蜡样芽孢杆菌和炭疽的细菌组。研究团队包括来自伦敦国王学院化学系、加州大学圣地亚哥分校、柏林马克斯·普朗克病原体科学研究所和美国霍利奥克学院的科学家。
论文的共同作者莉夫卡·艾萨克森教授表示：“我们早就知道，细菌能够在不利环境中进行代谢关闭，转变为可以存活上千年的长期存在的无敌休眠孢子。”
“这一过程通过不对称细胞分裂来实现，其中较大部分——‘母细胞’——吞噬较小部分‘前孢子’，为其提供养分和保护外层。它继续在其遗传物质周围构建保护层，直到准备好作为孢子释放。”
虽然这一过程已被很好地理解，但关闭代谢背后的机制仍然是个谜，直到科学家们发现了一种之前未表征的蛋白质MdfA是其背后的原因。
艾萨克森教授解释道：“每个细胞都有一个被称为蛋白酶的‘回收中心’，负责分解旧的或损坏的蛋白质。我们发现MdfA——一种我们之前不知道功能的蛋白质，作为适配器招募进行回收的蛋白质。”
“在孢子形成的情况下，这种蛋白质指示细胞通过破坏代谢生长所需的酶来清除它们，从而影响孢子形成的代谢关闭部分。”
一旦确定了MdfA，国王学院的化学家们能够利用X射线晶体学解决该蛋白质的晶体结构，揭示出一种全新的分子形状。这使他们进一步理解MdfA如何与细胞回收斜道中的一个部分结合，即一个叫ClpC的蛋白质。
科学家们还发现，当他们强迫正常生长的细胞过度表达MdfA时，它会对细胞产生毒性，导致细胞破裂。
虽然MdfA在大多数其他细菌中并不存在，但ClpC和回收机制是存在的，因此类似的蛋白质可能在其他细菌的孢子形成中起作用，包括那些导致疾病的细菌。
艾萨克森教授说：“这一发现提升了我们对细菌运作的理解，并开辟了一种探索孢子形成的新途径。鉴于孢子形成在细菌的生存中起关键作用，我们对这一过程的了解越深入，就越能够控制和消除有害细菌。”
科学家们还希望他们的发现可能会导致开发新策略以开发抗微生物药物。
艾萨克森教授补充道：“如果能够针对细胞降解机制以去除特定蛋白质，这可能会为抗微生物治疗开辟新途径，类似于一种新兴的癌症治疗形式，称为靶向蛋白质降解或PROTAC，重新利用细胞的回收系统进行治疗。”
