IT|植物蛋白杀死细菌细胞：抗菌机制的新模型可能带来新的抗生素植物蛋白杀死细菌细胞：抗菌

美国能源部布鲁克海文国家实验室（(BNL)）的生物学家和他们的合作者发现了一种对细菌致命的反常蛋白质。在4月29日发表在《PLOS ONE》杂志上的一篇论文中，科学家们描述了这种错误的蛋白质如何模仿氨基糖苷类药物（一类抗生素）的作用。新发现的蛋白质可以作为科学家破译这些药物对细菌致命影响的具体细节的模型--并可能为未来的抗生素指明方向。

文章图片

领导这项研究的布鲁克海文国家实验室生物学家Paul Freimuth说：“确定细菌的新目标和控制细菌生长的替代策略将变得越来越重要。”他解释说，细菌正在对几种常规使用的抗生素产生抗药性，许多科学家和临床医生对这些抗生素抗药性细菌引起的大规模流行病的可能性感到担忧。
“我们发现的东西离成为一种药物还有很长的路要走，但第一步是要了解其机制，”Freimuth说。“我们已经确定了一种单一的蛋白质，它模拟了当细菌被氨基糖苷处理时产生的复杂的异常蛋白质混合物的效果。这使我们有办法研究杀死细菌细胞的机制。然后也许可以开发一个新的抑制剂系列来做同样的事情。”
布鲁克海文国家实验室的科学家们通常专注于与能源有关的研究，当他们开始这个项目时并没有考虑到人类健康。他们正在使用大肠杆菌研究参与构建植物细胞壁的基因。这项研究可以帮助科学家了解如何更有效地将植物物质（生物质）转化为生物燃料。
但是当他们打开一个特定的植物基因的表达，使细菌能够制造这种蛋白质时，细胞立即停止了生长。“这种蛋白质对细胞有一种急性毒性作用。所有的细胞在开启这个基因的表达后几分钟内死亡，”Freimuth说。
了解这种快速抑制细胞生长的基础，对于在Freimuth实验室工作的暑期实习生来说是一个理想的研究项目。他说：“实习生可以在一天内进行实验并看到效果。也许他们可以帮助弄清为什么一种植物蛋白会造成如此巨大的损害。”
Freimuth说：“那是它真正开始变得有趣的时候。”
该小组发现，有毒的因素根本不是一种植物蛋白。它是一串氨基酸，即蛋白质的组成部分。
当细菌的核糖体（细胞的蛋白质制造机器）在翻译构成遗传密码的字母时，这种“说不通”的链子被错误地制造出来。核糖体不是以三个字母为一组来读取编码一个特定氨基酸的代码，而是只读取一个组的后两个字母和下一个三联体的第一个字母。这导致了将错误的氨基酸放置在原位。
"这就像读一个句子，从每个词的中间开始，然后把它和下一个词的前半部分连接起来，产生一串胡言乱语，"Freimuth说。
这种胡言乱语的蛋白质让Freimuth想起了一类叫做氨基糖苷类的抗生素。这些抗生素迫使核糖体在构建蛋白质时犯类似的"相位"错误和其他类型的错误。其结果是：所有细菌的核糖体都会制造胡言乱语的蛋白质。
"这就像读一个句子，从每个词的中间开始，然后把它和下一个词的前半部分连接起来，产生一串胡言乱语，"Freimuth说。
这种“说不通”的蛋白质让Freimuth想起了一类叫做氨基糖苷类的抗生素。这些抗生素迫使核糖体在构建蛋白质时犯类似的"相位"错误和其他类型的错误。其结果是：所有细菌的核糖体都会制造这种蛋白质。
“如果一个细菌细胞有5万个核糖体，每个核糖体都在制造不同的反常蛋白质，那么毒性效应是由一个特定的反常蛋白质造成的，还是由许多蛋白质的组合造成的？”Freimuth说：“这个问题几十年前就出现了，但一直没有得到解决。”