释放DNA的细菌对超级细菌如何获得耐药性有了新的见解

印第安纳州布鲁明顿——印第安纳大学的一项新研究表明，蛋白质在帮助细菌参与其周围的脱氧核糖核酸方面发挥着前所未有的作用，就像渔夫从海洋中捕获的鱼一样。

这一发现是通过IU发明的一种新的成像方法实现的，这种方法使科学家第一次看到了细菌是如何利用它们长而运动的附属物(称为菌毛)与环境中的DNA或“鱼叉”结合的。这项新的研究发表在10月18日的《PLOS Genetics》杂志上，重点是它们有多吸引人。

通过揭示这一过程中涉及的机制，本研究的作者表示，研究结果可能有助于加快研究阻止细菌感染的新方法。

助理教授Ankur Dalia说：“抗生素耐药性的问题与这项工作非常相关，因为菌毛结合和“吸收”DNA的能力是细菌进化阻止现有药物的主要途径之一。是这项研究的资深作者，位于IU布鲁明顿文理学院生物系。”更好地理解这种“爬行”活动可以帮助制定策略来阻止它。"

从环境中吞食遗传物质的行为被称为自然转化，这是一个进化过程，细菌通过这一过程整合了其他微生物的特定特征，包括传递抗生素耐药性的基因。

因为过度使用现有的抗生素会加速传染性生物的进化，以超过这些药物的速度，所以对预防细菌感染的新方法的需求越来越大，这导致世界上有效的治疗方法迅速丧失。到2050年，估计每年将有1000万人死于耐药性。

Dalia说，虽然它们在显微镜下看起来像微小的手臂，但pili实际上更像是一个直立的装置，它被快速地放在一起，并一次又一次地被撕掉。结构中的每一个“片段”都是一个叫做主菌毛蛋白的蛋白质亚单位，它被组装成一根叫做菌毛纤维的细丝。

获得博士学位的Jennifer Chlebek补充说：“以前，聚合和解聚过程涉及两个主电机。达尔雅实验室的学生领导了这项研究。”在这项研究中，我们表明解聚过程涉及第三种类型的马达，我们开始阐明其工作原理。"

控制菌毛活性的两个先前被描述的“马达”是构建菌毛的蛋白质PilB和解构菌毛的蛋白质PilT。这些马达利用三磷酸腺苷(一种细胞能量来源)运转。在这项研究中，IU研究人员表明，停止这一过程(关闭PilT的电源)并不能像以前认为的那样阻止PiLT回缩。

相反，他们发现，即使PilT处于非活性状态，第三驱动蛋白PilU也能促进pilus的回缩，尽管回缩速度慢了5倍。研究人员还发现，关闭两种收缩蛋白的电源会将收缩过程减慢到艰苦速度的50倍。恒定菌毛以每秒五分之一微米的速度回缩。

此外，研究发现闭合pilu会影响PilU回缩的强度，这是由布鲁克林学院的合作者测量的。这项研究还表明，PilU和PilT并不形成“混合”运动，但这两个独立的运动以某种方式相互协调，介导纤毛的回缩。

Chlebek补充说：“虽然PilU蛋白以前与pili活性有关，但很难确定它的确切功能，因为缺乏这种蛋白的细胞通常只有非常细微的功能。”“当我们拉动PilT马达上的扳手时，我们观察到PilU可以支持突变株中的pilus回缩，这是解开这种蛋白质如何帮助pilus解聚的关键。”

通过在显微镜下观察菌毛的能力，可以精确测量菌毛的收缩率，从而精确测量改变影响这一过程的蛋白质的影响。直到突破性成像方法被发明，才可能测量IU中pili的收缩率。

达莉亚说：“荧光染色菌毛的能力是巨大的。”“它不仅能让我们看到pili的活动，还能以过去不可能的方式对其进行测量。”

接下来，Clebek旨在了解更多关于当两个回缩马达的电源关闭时，菌毛如何仍然回缩的信息，并探索如何将这些见解应用于了解其他细菌菌株中的菌毛活性。

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