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有史以来最清晰的图像揭示了活细菌的斑驳面孔

导读 UCL 研究人员记录了有史以来最清晰的活细菌图像,揭示了围绕许多细菌的保护层的复杂结构,使它们更难被抗生素杀死。这项研究于今天发表在

UCL 研究人员记录了有史以来最清晰的活细菌图像,揭示了围绕许多细菌的保护层的复杂结构,使它们更难被抗生素杀死。

这项研究于今天发表在美国国家科学院院刊上,并与国家物理实验室、伦敦国王学院、牛津大学和普林斯顿大学的科学家合作完成,揭示了具有保护性外层的细菌——称为革兰氏阴性菌细菌 - 表面可能有更强和更弱的斑点。

研究小组发现,细菌的保护性外膜包含密集的蛋白质构建块网络,由似乎不含蛋白质的补丁交替组成。相反,这些贴片富含含糖链(糖脂)的分子,可保持外膜紧密。

这是一个重要的发现,因为革兰氏阴性菌防止某些药物和渗透细胞的抗生素的坚韧的外膜:这外膜是部分原因,例如细菌(包括耐药性鲍曼不动杆菌,P.铜绿假单胞菌,和肠杆菌科细菌(例如沙门氏菌和大肠杆菌)现在被认为比革兰氏阳性细菌(例如抗药性金黄色葡萄球菌(众所周知的 MRSA))的威胁更大。

“外膜是抵御抗生素的强大屏障,是使感染性细菌对药物产生抗药性的重要因素。然而,目前还相对不清楚这个障碍是如何组合在一起的,这就是我们选择如此详细研究它的原因,”通讯作者 Bart Hoogenboom 教授(伦敦大学学院和伦敦大学学院物理与天文学伦敦纳米技术中心)解释说。

“通过从分子到细胞尺度研究活细菌,我们可以看到膜蛋白如何形成一个跨越细菌整个表面的网络,为不含蛋白质的斑块留下小间隙。这表明屏障可能不会同样难以突破或延伸到整个细菌,但可能有更强和更弱的点,这些点也可以被抗生素靶向。”

为了更好地理解这种结构,科学家们用一根细针在活的大肠杆菌(E.coli)细菌上划了一根,从而“感受”了它们的整体形状。由于针尖只有几纳米宽,这使得在细菌表面观察分子结构成为可能。

由此产生的图像显示,细菌的整个外膜都塞满了由蛋白质形成的微孔,这些孔允许营养物质进入,同时阻止毒素进入。尽管已知外膜含有许多蛋白质,但这种拥挤和不动的性质出乎意料。

令人惊讶的是,图像还显示出许多似乎不含蛋白质的斑块。这些贴片含有通常存在于革兰氏阴性菌表面的糖脂。此外,当部分膜由于突变而内翻时,会形成一种不同类型的疙瘩状斑块。在这种情况下,这些缺陷的出现与对杆菌肽的敏感性增强有关,杆菌肽是一种抗生素,通常只对革兰氏阳性菌有效,但对革兰氏阴性菌无效。

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