细菌机器的三维图像将毒素注入细胞并传播抗生素抗性

专家预测，到2050年，抗生素耐药细菌将导致与癌症一样多的死亡。现在，加州理工学院的科学家们第一次创造了一个分子结构的三维图像，许多不同的细菌用这种图像将毒素泵入人体细胞，并将抗生素抗性基因传播给其他细菌。了解这种结构的架构是实现其效果的第一步。

该研究是在生物物理学和生物学教授，以及霍华德休斯医学研究所研究员Grant Jensen的实验室进行的。描述这项工作的论文首次出现在3月23日的EMBO报告中。

研究人员专门研究了军团菌，这种细菌会导致退伍军人症，这是一种严重且常常致命的肺炎。当军团菌侵入人体细胞时，它会将自身包裹在保护性囊泡中并打开分子结构，称为IV型分泌系统。分子“机器”位于细菌的细胞膜上，并将数以万种不同类型的有毒分子射入人体细胞，劫持细胞通路并压倒细胞的防御系统。

一些IV型分泌系统被认为有助于在整个细菌群体中传播抗生素抗性基因。

“了解IV型系统的结构对于开发新型抗生素以使其失效至关重要，”第一作者和博士后学者Debnath Ghosal说。“虽然这项研究只关注军团菌的分泌系统，但许多细菌使用了一种非常相似的机器 - 例如导致胃癌，Q热和百日咳的病原体。”

为了对结构进行成像 - 直径为40纳米，大约是人眼看不到的1000倍 - 研究人员采用了一种称为电子低温断层扫描的技术。在这种方法中，细菌被活活冻结，然后在强大的电子显微镜下旋转，以产生一系列2-D图像，可以数字重建成3-D图像。这是细菌中第一种IV型机器的图像。

成像显示该结构被塑造成同心拱形，如Wi-Fi的符号。了解结构最终应该有助于设计可以阻止机器的药物。Ghosal说，开发一种甚至可以使分泌系统中的一种核心蛋白成分失效的药物，可以使人体细胞抵御细菌感染。

“目前大多数抗生素都专注于破坏包含细菌细胞的细胞膜，阻止其复制，”Jensen说。“开发针对细菌细胞不同方面的新抗生素，如IV型分泌系统，将使我们能够以其他方式阻止感染。”

该论文的标题是“通过电子冷冻断层扫描术的军团菌点/ Icm IV型分泌系统的原位结构”。除了Ghosal和Jensen之外，共同作者还有加州理工学院的研究科学家Yi Wei Chang，华盛顿大学医学院和佛罗里达大学的Kwang Cheol Jeong以及华盛顿大学医学院的Joseph Vogel。资金由美国国立卫生研究院和国家过敏和传染病研究所提供。

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