一种蛋白质塑造细菌。
细菌以多种形状存在，这影响其在不同环境中的生存。尽管已有大量研究，但决定细菌细胞形状的具体因素仍然不清楚。马丁·坦比克勒（Martin Thanbichler）领导的研究团队揭示了导致Rhodospirillum螺旋形状的机制，为细胞形状与生存之间的关系提供了新的见解。
细菌展示了惊人的形状多样性。除了众所周知的棒状细菌大肠杆菌，许多物种还表现出曲线和螺旋形状。曲率对于细菌附着在表面和在浓稠环境中导航至关重要，这也可能导致像霍乱弧菌或幽门螺杆菌等引起的疾病。世界各地的研究人员正在研究细菌曲率的分子细节，旨在操控其发展抗病原体的治疗方法。
由德国马尔堡大学教授马丁·坦比克勒（Martin Thanbichler）领导的国际研究团队，揭示了光合细菌Rhodospirillum rubrum的结构。这种物种在自然界中常见，并因其能够利用一氧化碳、固氮和生成氢及生物塑料组分而在生物技术中具有潜力。
该团队意外发现，在Rhodospirillum中，两个孔蛋白（先前被认为仅有助于营养物质在外膜之间的交换）沿着细胞的外曲率以螺旋形排列。这些结构通过另一种被称为PapS的蛋白质与细胞壁紧密连接。当PapS缺失或无法与孔蛋白结合时，细胞完全伸直。
具有双重角色的孔蛋白
那么，是什么让PapS对维持细胞曲率至关重要？“孔蛋白似乎除了营养交换之外发展出了额外的功能，”马丁·坦比克勒解释道。“与PapS一起，它们调节一种围绕细胞体旋转的分子机器。这台机器向细胞壁添加新材料，促进细胞 elongation。在像大肠杆菌这样的棒状细菌中，这台机器均匀地在细胞中移动，使细胞保持直立。然而，在R. rubrum中，螺旋状的孔蛋白-PapS排列形成了一种分子笼。它的紧密结构环绕着负责延长细胞长度的机械装置，部分固定在细胞的外曲线。这个孔蛋白-PapS部位的局部延长使得细胞体扭曲成螺旋形状。”
这项研究是马尔堡团队与来自基尔、弗莱堡、英格兰和澳大利亚的研究人员合作的结果，揭示了细菌用来确定其形状的新方法，这直接受外膜蛋白的影响，从而控制细胞生长的空间。发现可能适用于所有Rhodospirillum的曲线亲戚，了解这一机制是否被其他具有更复杂形状的细菌所利用将是十分有趣的。
“我们现在有机会改变R. rubrum的细胞形状，使我们能够研究这种螺旋形状在其环境中对这些细菌的优势，”研究的主要作者塞巴斯蒂安·波尔（Sebastian Pöhl）表示。这可能为我们提供关于细胞形状如何影响生态位的占据、与植物形成共生关系或疾病发展的宝贵见解。
