2018年11月17日/
生物谷BIOON/---細菌已建立了各種感染有機體的策略並將它們作為營養物的來源。許多細菌利用它們分泌的毒素簡單粗暴地刺穿細胞的外殼來破壞細胞膜。諸如鼠疫桿菌（Yersinia pestis）或來自沙門氏菌的其他
細菌之類的人類致病菌產生了一種更為微妙的機制：通過使用一種特殊的毒素複合物來注入它們的毒性物質。
細菌毒素是最有效的天然毒物之一。最強的
細菌毒素包括破傷風毒素和肉毒桿菌毒素（botox），當服用千分之一克時仍然是有毒性的。發光桿菌（Photorhabdus luminescens）、鼠疫桿菌以及沙門氏菌使用所謂的Tc毒素。Tc毒素由幾種亞基（TcA、TcB和TcC）組成。在此之前，人們並不清楚這些組分如何一起發揮作用。
細胞膜受體（棕色）識別和結合Tc毒素複合物上。TcA亞基的通道（黃色）穿過細胞膜，並注射毒性物質（綠色）。圖片來自MPI f. Molecular Physiology。
在一項新的研究中，來自德國馬克斯-普朗克分子生理學研究所的研究人員利用低溫電鏡技術（cryo-EM）首次在近原子解析度下解析出發光桿菌Tc毒素的三維結構。相關研究結果發表在2018年11月8日的Nature期刊上，論文標題為「Tc toxin activation requires unfolding and refolding of a β-propeller」。
這種結構表明作為這種毒素的最大亞基，TcA是一種鈴狀結構，由一種外殼包圍的通道組成。這種通道類似於帶有六個葉片的螺旋槳。這種鈴狀結構的上端部分結合到由亞基TcB和TcC形成的一種毒素膠囊上。細胞膜表面上的受體識別這種鈴狀結構的下端部分，這樣這種Tc毒素結合到細胞膜上。
一旦周圍介質的pH值發生變化，這種Tc毒素的外殼就會打開，從而暴露出它的通道。受到這種毒素膠囊保護的一種在維持在高壓下的蛋白鏈就會迅速反彈並推動這個通道穿過細胞膜，就像注射器裡的針頭注射毒素一樣。這種蛋白鏈是一種酶，能催化細胞骨架凝結，從而導致細胞死亡。
要想充分理解
細菌如何注射這種毒素，這些研究人員仍然缺少最後一個細節。他們需要了解這種Fc毒素是如何受到控制的。通過與來自馬克斯-普朗克生物化學研究所的Manajit Hayer-Hartl研究團隊合作，他們解決了這一點。他們著重關注一種也稱為「門衛（gatekeeper）」的小髮夾結構。這控制著毒性物質從TcA亞基的通道中出來。當這種毒素膠囊與TcA的通道結合時，這個邊界區域發生結構重組：這種分子門衛將自己從這個螺旋槳的中心擰下，這就暴露出這個螺旋槳的中心開口，這樣這個中心開口就與TcA亞基的通道準確地連接在一起。他們還能夠證實這種毒性酶在毒素膠囊中的存在是形成這個完整的毒素複合物所必不可少的。這指出了一種可能的控制機制，從而確保TcA亞基結合到滿載著毒性物質的毒素膠囊上。
揭示這種
細菌感染機制有助於更好地了解人類致病菌的作用方式。這種新獲得的關於Tc毒素注射的特殊機制的見解可能作為開發創新治療方法的起點。（生物谷 Bioon.com）
參考資料：Christos Gatsogiannis, Felipe Merino, Daniel Roderer et al. Tc toxin activation requires unfolding and refolding of a β-propeller. Nature, 8 November 2018, 563(7730):209–213, doi:10.1016/j.cell.2018.08.033.