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【中首列表】活大肠杆菌迄今最清晰结构图发布

  活大肠杆菌的显微镜图像,揭示了其保护性外膜的斑块性质。

图片来源:英国伦敦大学学院本恩等人

  许多细菌的外膜是抵抗抗生素的强大屏障,是细菌对药物产生抗药性的重要因素。据25日发表在《美国国家科学院院刊》上的论文,研究人员记录了有史以来最清晰的活细菌图像,揭示了其外膜的结构。

  研究显示,革兰氏阴性菌的保护性外膜表面可能有斑块。外膜包含致密的蛋白质构建块网络,由不含蛋白质的斑块交替排列组成。这些斑块富含糖链(糖脂)分子,使外膜保持紧密。

  这是一项重要的发现,因为革兰氏阴性菌坚韧的外膜阻止了某些药物和抗生素渗透细胞。科学家们认为,包括鲍曼不动杆菌、铜绿假单胞菌以及沙门氏菌和大肠杆菌等肠杆菌科细菌在内的一类细菌,其抗药性比耐药金黄色葡萄球菌(如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌)等革兰氏阳性菌威胁更大,部分原因就在于外膜。

  为了更好地理解这一结构,科学家们用一根针尖只有几纳米宽的微小的针在活大肠杆菌上划了一道。由此得到的细菌表面的分子结构图像显示,细菌的整个外膜都挤满了由蛋白质形成的微孔,这些孔允许营养物质进入而阻止毒素进入。

  图像还显示,外膜有许多似乎不含蛋白质的斑块。这些斑块含有通常在革兰氏阴性细菌表面发现的糖脂。

  研究人员表示,教科书上关于细菌外膜的图片显示,蛋白质以一种无序的方式分布在膜上,与膜的其他构件很好地混合在一起。此次的图像表明,事实并非如此,而是含有糖脂的斑块从富含蛋白质的外膜网络中分离出来,就像油与水分离一样,在某些情况下,会在细菌的外膜上形成缝隙。这表明,外膜可能并不是完全覆盖了整个细菌,可能并不难被突破,但也可能会存在更强或更弱的斑点,这些斑点可以成为抗生素的靶点。

  论文通讯作者、伦敦大学学院教授巴特·霍格诺姆表示,这意味着现在可以开始研究这种结构是否以及如何影响外膜的功能、完整性和对抗生素的抗药性。

  研究小组还推测,这些发现可能有助于解释细菌如何在保持紧密保护性屏障的同时仍能快速生长:在适宜条件下,大肠杆菌在20分钟内就可进行一次分裂。他们提出,糖脂斑块可能比蛋白质网络允许更多的膜伸展,使膜更容易适应细菌不断增长的大小。(张佳欣)

  总编辑圈点

  几十年前人们已发现,大肠杆菌等很多细菌都有一层外膜。具有外膜的细菌,往往对抗生素有更高的抵抗力。此前的研究表明,细菌的外膜强度惊人,本身也是一面化学盾牌。盾牌究竟是怎样的结构,它的弱点在哪儿?这次,科研人员得到了活细菌的最精细画像,并观察到了它的外膜结构。含有糖脂的斑块从富含蛋白质的外膜网络中分离出来,并在某些地方形成缝隙。这些缝隙有何意义,是否能帮助研制出更有特性的“矛”,就要看科研人员的下一步研究了。

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