研究人员对来自淡水环境和土壤的细菌进行研究，发现了一种在维持这些微生物形状中起关键作用的蛋白质。这一发现具有重要意义，因为保持细菌细胞保护外壳的完整性对其生存至关重要，可能为新型和改进的抗生素的开发铺平道路。
约翰·霍普金斯医学院的研究人员称这一发现为“令人惊讶”，他们揭示了一种蛋白质在维持有害细菌形状方面的重要作用。由于细菌细胞保护层的结构对其生存至关重要，这一发现可能有助于新型更有效抗生素的创造。
在发表在《mBio》杂志上的一项研究中，这项研究表明，在一种常被研究的细菌——弯曲菌（Caulobacter crescentus）中，失去一种称为OpgH的蛋白质会引发连锁反应，破坏包围细菌的泡状保护层，最终导致细胞死亡。OpgH是一种参与生产称为渗透调节的周质葡聚糖（OPGs）的酶，这些葡聚糖在保护细胞层的凝胶状空间中占据位置。
“在我们的实验中，当我们消除弯曲菌中的OpgH蛋白，导致OPG糖分子生产停止时，细菌无法存活，”研究的高级作者、约翰·霍普金斯大学医学院生物化学教授Erin Goley博士解释道。
尽管弯曲菌本身通常没有害，但在革兰氏阴性细菌（那些被壳状膜包裹的细菌）中大量存在的OPGs，对抗生素抗性和疾病进展起着重要作用。
这突显了进一步探索这些糖分子在革兰氏阴性细菌（包括弯曲菌）中的功能的重要性，以期开发针对具有OPGs的有害细菌的新药，例如布鲁氏菌、假单胞菌、沙门氏菌和大肠杆菌。
据Goley表示，如果负责创建或转化这些糖分子的蛋白质对细菌生存至关重要，它们可能成为抗生素开发的有效靶点。或者，在OpgH不重要的细菌中，针对OPG生产途径某部分的药物可能使细胞对现有抗生素更加敏感。
在这项研究中，科学家们利用一种称为可诱导启动子的分子工具减少弯曲菌中OpgH蛋白的量，从而观察细菌形状的变化以及OpgH的缺失如何影响一种称为CenKR的信号通路，该通路负责检测和修复细胞包膜中的问题。他们还提高了蛋白质CenR的生产，以激活调节细胞形状的CenKR通路。
在调整了OpgH或CenR蛋白的水平后，科学家们将细菌细胞放置在限制其运动的胶垫上，然后使用一种专用显微镜检查它们的形状和行为。
“我们观察到，当我们减少OpgH蛋白的量时，细菌会变形，停止OPG糖的生产，或者当我们过度激活维持细胞包膜的CenKR信号通路时，”Goley表示。
“我们还研究了帮助生长和维持细胞形状的各种分子组件的位置。它们的错误定位表明OpgH和CenR对于保持细胞形状的完整性是必不可少的，”她补充道。“当细胞包膜变形时，细菌最终会破裂而死亡。”
“我们创建了一个模型，说明耗尽OPGs或激活信号通路如何影响细胞的形状和生长，”Goley指出。
虽然确定糖分子在弯曲菌细胞组成中的作用是一个重要的初步步骤，但Goley警告说，“要全面理解这些分子在各种革兰氏阴性细菌种类中的功能还需要一些时间。”
在弯曲菌中，这些糖分子呈闭合环状，而在大肠杆菌中，它们则类似树状结构，分支附着在链上。了解它们的形状及相关成分可能有助于研究人员更精确地描述细胞包膜。
“在我们研究的下一个阶段，我们计划探索所有参与制造、修饰和分解这些分子的酶，以便全面理解它们的代谢及其如何维持细胞包膜，”Goley解释道。“揭示这些酶的功能至关重要，因为它们代表了潜在的药物靶点。”
其他参与此项研究的贡献者包括共同第一作者Allison Daitch和Erika Smith，两人均为Goley实验室的近期博士毕业生，现分别在美国卫生与公众服务部生物医学高级研究与发展局和国家卫生研究院工作。
这项研究获得了国家普通医学科学研究所的资助（R35GM136221, T32GM007445）。
