Cell:挑戰常規!新研究揭示細菌鞭毛旋轉馬達的定子單元其實也是一...

2020-12-06 生物谷

2020年9月23日訊/

生物谷

BIOON/---在我們的周圍和身體裡有數十億個細菌，其中大多數是無害的，甚至是有益的。但是，諸如大腸桿菌和沙門氏菌之類的有些細菌會引起感染。遷移的能力可以幫助

細菌

尋找營養物，或者在身體的某些部位定植，並造成感染。

在一項新的研究中，來自丹麥哥本哈根大學的研究人員如今從根本上深入了解這種

細菌

運動的動力，解決了這個領域長達一年的謎團。相關研究結果於2020年9月14日在線發表在Cell期刊上，論文標題為「Structure and Function of Stator Units of the Bacterial Flagellar Motor」。

圖片來自Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell.2020.08.016。

論文通訊作者、哥本哈根大學健康與醫學科學學院諾和諾德基金會蛋白研究中心副教授Nicholas Taylor博士說，「很多細菌可以移動，或者說遷移，這是因為它們有長長的稱為鞭毛的絲線，它們可以用這些鞭毛來推動自己前進。它們是通過旋轉這些鞭毛來實現的。旋轉的動力來自於

細菌

鞭毛的旋轉馬達（rotary motor），而旋轉馬達的動力又來自於一種稱為定子單元（stator unit）的蛋白複合物。這在我們的領域內都是眾所周知的。我們如今展示的是這種定子單元如何為旋轉馬達提供動力，這到目前為止還是一個謎。」

令人頗為驚訝的是，Taylor及其研究團隊發現這種定子單元本身其實也是一個微小的旋轉馬達。這個微小的旋轉馬達為大的旋轉馬達提供動力，使得鞭毛旋轉，從而讓細菌移動。這些研究結果與現有的關於定子單元作用機制的理論相矛盾，而這一新知識可能會在對抗

細菌

類疾病的過程中發揮作用。

Taylor說，「大多數研究人員，包括我們自己，其實都認為定子單元的作用機制和結構與我們的研究顯示的情形完全不同。了解這種定子單元的實際組成和功能，為治療目的鋪平了道路。當我們知道是什麼讓

細菌

移動時，我們或許也能抑制這種移動，從而阻止它的擴散。」

利用低溫電鏡技術揭示定子單元的結構

這些研究人員通過使用低溫電鏡技術解析出定子單元複合物的結構。利用這種技術，他們能夠闡明它的結構，觀察到它是如何被激活的，並為它如何導致鞭毛馬達的旋轉提供了一個詳細的模型。

Taylor說，「這個微小的馬達由兩種蛋白---MotA和MotB---組成。隨著離子動力的分散，MotA圍繞MotB旋轉。MotA的旋轉又為大的細菌旋轉馬達的旋轉提供動力。此外，我們的模型還顯示了定子單元如何在兩個方向上為細菌鞭毛馬達的旋轉提供動力，這對細菌改變它們的移動方向至關重要。如果不改變方向，

細菌

就只能朝一個方向徑直移動。」

Taylor團隊下一步的研究工作是尋找能否利用化學化合物抑制定子單元，從而實現

抗生素

發揮的效果。（生物谷 Bioon.com）

參考資料：1.Mònica Santiveri et al. Structure and Function of Stator Units of the Bacterial Flagellar Motor. Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell.2020.08.016.

2.Tiny protein motor fuels bacterial movement
https://phys.org/news/2020-09-tiny-protein-motor-fuels-bacterial.html

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