巴西圣保罗大学(USP)的研究人员描述了一种在医院环境中发现的机会细菌物种中存在的系统，该系统将毒素混合物注入竞争性细菌中并完全消除。该发现可用于新的抗菌化合物的未来开发中。

该研究得到圣保罗研究基金会(FAPESP)的支持，并由USP化学研究所(IQ)和生物医学科学研究所(ICB)的研究人员在PLOS Pathogens中发表。

研究人员发现嗜麦芽窄食单胞菌利用一种分泌系统产生毒素混合物，并将其注入其他与空间和食物竞争的微生物中。此外，研究人员对鸡尾酒中的12种蛋白质之一进行了表征，即Smlt3024，并观察到该分子本身可以大大降低其他细菌的复制速度。

“我们认为这些毒素将来可以作为一种治疗手段来探索。正如抗生素可以来自其他细菌一样，我们也在探索这种细菌本身用来杀死其他病原体的武器库，”埃塞尔·拜耳-桑托斯说。 ICB-USP研究员。

该研究是她在IQ-USP的博士后项目的一部分，该项目也得到了FAPESP的支持。她目前获得了FAPESP的青年研究者资助。

细菌分泌系统是存在于细菌细胞膜上的蛋白质复合物，用于分泌物质。致病细菌利用这些系统分泌毒力因子并侵入宿主细胞。

“众所周知，IV型分泌系统[T4SS]可以将蛋白质和DNA分泌到其他细胞或细胞外培养基中。我们最近发现它存在于引起柑橘溃疡病的病原体柠檬黄单胞菌中。这种细菌[ 嗜麦芽孢杆菌]通常从水和土壤中分离出来，但在医院环境中却可能成为机会病原体。” IQ-USP教授兼此项研究的主要研究员Shaker Chuck Farah说。

该研究与由FAPESP资助的两个主题项目相关：“循环双GMP信号传导和柠檬黄单胞菌的 IV型大分子分泌系统”和“细菌分泌系统的结构和功能”。

该小组在《自然柠檬》中发现了分泌系统的报道在《自然通讯》上发表的一篇论文中已有报道。同一小组的另一篇文章发表于2018年《自然微生物学》(Nature Microbiology)，描述了使用低温电子显微镜(cryo-EM)的许多分泌系统的原子结构，该成像技术使科学家能够观察生物分子的3-D结构，例如他们移动并互动。

细菌战

微生物之间的竞争决定了哪些物种将在特定栖息地中占主导地位或被根除。细菌有几种机制可以减少竞争者的繁殖，甚至杀死他们。一种是T4SS，其本身由100多种成分组成，这些成分来自其细胞表面上存在的12种不同蛋白质。

研究人员发现，柠檬酸假单胞菌和嗜麦芽孢杆菌的分泌系统含有它们分泌的毒素的解毒剂。需要这些解毒剂来保护微生物免受其自身武器的伤害。攻击另一种细菌时，攻击者仅通过接触或使用菌毛(一种类似于鱼叉的细丝)将毒素注入竞争者。

为了测试该系统的作用，研究人员进行了一些涉及细菌之间竞争的实验。在一个实验中，他们将嗜麦芽孢杆菌和大肠杆菌(一种在实验室中广泛使用的物种)的标本放在同一培养基中。当嗜麦芽孢杆菌接近并消灭其竞争对手时，大肠杆菌才刚刚开始繁殖。对肺炎克雷伯菌和伤寒沙门氏菌以及感染囊性纤维化患者的铜绿假单胞菌也观察到了相同的效果。

另一个实验包括单独测试Smlt3024的效果。在细胞质中表达毒素的大肠杆菌标本没有生长变化。但是，当除了Smlt3024的基因外，它们还具有信号序列时(一组某些氨基酸会改变蛋白质的位置)，毒素被定向到周质(即内膜和内膜之间的空间)中。细菌)，就像原始系统在嗜麦芽胞杆菌和柠檬黄杆菌中所做的一样。在这种情况下，大肠杆菌中的细胞分裂大大减少，证明了蛋白质的作用。

虽然这两个S.麦芽和柑橘黄单胞具有相同的系统中，它们可使用T4SSs杀死对方，作为另一实验表明。实验还表明，一个系统的关键组件可以被另一个系统的同源物所替代，并且一种细菌中的T4SS可以分泌另一种细菌的毒素。

所有这些都证明了未来在结构上的相似性，以探索在数十种其他细菌物种中发现的相似的T4SS(同源物)。新的研究可能使其他研究人员能够开发出抑制该系统作用的分子，以用于新药的发现。

“我们可以筛选能够与该系统结合并抑制毒素从一个细胞转移到另一个细胞的某些重要阶段的药物。这可能会降低某些环境中这些细菌的存活率，” Farah说。

拜耳-桑托斯说：“毒素本身可以用作抗微生物剂，但是还需要做其他研究来检验这种可能性。”

该研究还得到了FAPESP的支持，另外三位作者均与IQ-USP有关系：Bruno Yasui Matsuyama，他获得了FAPESP的博士后奖学金;加布里埃尔·乌玛吉·冈(Gabriel Umaji Oka)，他也获得了FAPESP的博士后奖学金;威廉·塞恩斯(William Cenens)，其博士后奖学金于2019年5月结束。