解决革兰氏阴性菌的效率

超级细菌,也被称为革兰氏阴性细菌,正在引发全球性的健康危机。根据美国疾病控制中心(CDC)的数据,每年在美国,至少有200万人患有抗生素耐药性感染。其中23,000人死亡。

阻碍这场危机的一种方法是避免收缩。但没有人去寻找细菌感染。因此,虽然医疗保健专业人员和食品行业致力于限制大肠杆菌,葡萄球菌和致命的艰难梭菌感染的传播,但研究人员正在寻找新的方法来避开令人印象深刻的革兰氏阴性防御系统。

希金斯化学与化学生物学教授Daniel Kahne和他的实验室致力于确定革兰氏阴性菌的工作原理。在过去的十年中,他和他的团队发现了一种完整的机器,可以构建每种细菌的强大保护作用,这是一种由称为脂多糖(LPS)的强力分子构成的外膜。

“由于某些革兰氏阴性感染没有抗生素,因此了解外膜如何组装以及如何干扰组装具有重大的医学意义,”Kahne说。

施工并不简单。笨重的LPS在细菌的细胞质内部形成,细胞质通过另外两个屏障与外膜分离。在细胞质内,分子ATP提供足够的能量来产生LPS构建块并将它们移动到细胞周围,就像微观建筑工人一样。但是这些工人(ATP)不能越过膜屏障将LPS运输到外膜工作场所。

研究生特里斯坦欧文斯决定解开这个谜团。2013年,在卡塔尔教学一年后,欧文斯回到美国加入Kahne实验室。那年秋天,他告诉Kahne,他计划弄清楚LPS是如何进入外膜的,这是科学家自20世纪70年代早期开始研究的一个问题。“顾问经常这样做,我向他保证这是可能的,”卡恩说。

要解决这个谜团,欧文斯必须回答两个主要问题。首先,如果那些微小的建筑工人不能通过细菌膜跟踪LPS,那么是什么将分子推到需要去的地方?他和Kahne实验室已经发现蛋白质桥引导LPS穿过。但是,没有任何能量推动构建块通过,它们应该像许多苹果扔到空中一样回落到细胞质中。

对于第二个问题,Owens必须首先确定LPS如何进入蛋白质桥:细菌机器如何将LPS与漂浮在细胞质中的其他分子区分开来?

“据估计,在20世纪70年代,每个细胞每隔5分钟就需要移动约300万个LPS分子来制造外膜,”Kahne说。细菌机器必须高效。现在,六年后,论文后来,欧文斯可以解释他们如何运作良好的组织运作。

在自然界发表的一篇论文中,第一作者欧文斯确定了两种晶体结构,负责从细胞质中提取LPS并将分子移到蛋白质桥上。之前的研究提出LPS通过多种途径进入桥梁,但欧文斯的工作确定ATP沿着一条路径穿梭分子。

欧文斯还发现,如果没有ATP建筑工人的帮助,LPS如何继续穿过桥梁。像Pez机器一样,蛋白质桥打开和关闭门,使LPS向上移动到外膜。“门为单向运输提供了解释,”Kahne说,“因为闸门关闭可以阻止回流。”

越多的科学家知道革兰氏阴性细菌如何构建它们的外膜,它们越接近拆除其强大的防御能力。现在,随着这个已有数十年历史的谜团得以解决,研究人员可以开始开发新的药物,这些药物会降低细菌的效率,阻碍机器的运转,并使它们再次容易受到抗生素的侵害。