细菌如何在正常细胞内建造房屋？

12月20日，据《每日科学》报道，细菌能够通过控制一个自然的胞内进程，在正常细胞内为自己建造一个伪装性的屋子以及引起疾病。



普渡大学生物学家领导的研究小组，揭示了来自嗜肺军团菌（一种能导致军团病的细菌）中的一对蛋白是如何改造宿主蛋白以挪用细胞内的原材料来建造和伪装一个大的结构，在细菌复制时提供场所。



生物学副教授罗朝青（音译）领导了这项研究，他说，对宿主蛋白的修饰筑造了一个大坝，以阻止本用于细胞内建设用的"砖瓦"到达它们原先的目的地。这些蛋白质"砖瓦"随后被挪用并纳入到一种被称之为空泡的细菌结构中，空泡为细菌在细胞内的复制提供场所。因为空泡包含天然的细胞内物质，因此它不会被识别成一种外来结构。



"细菌的蛋白利用细胞膜蛋白来建造它们的屋子，它有点像一个气球"，罗说。"这个屋子需要伸展以及变得更大以便更多的细菌进行复制。膜材料有助于空泡更具弹性和延展性，它也能伪装结构。细菌偷细胞的材料来建造它们自己的屋子，然后伪装屋子以使之与周围融为一体。"



令罗最惊讶的是细菌为达到窃取所使用的方法。名为AnkX和Lem3的细菌蛋白，通过一种叫磷酸化的生化过程对宿主蛋白进行修饰，健康细胞通过磷酸化作用来调节免疫反应。磷酸化已知发生在许多生物中，它涉及在目标分子上加上一个被称为磷酸基团的小化学元件，他说。研究小组发现，AnkX将磷酸基团加在了一种宿主蛋白质上，这种宿主蛋白参与将蛋白从细胞内质网移动到它们目的地。这种修饰作用有效的关闭了这一进程，并创建了一个大坝以阻止胞内蛋白到达它们的目的地。



细菌蛋白Lem3定位在空泡的外部，反转宿主蛋白的修饰作用以确保这些蛋白质"砖瓦"能被自由的用于建造细菌的结构。



这项研究首次鉴定了直接添加以及移除磷酸化基团的细菌蛋白，罗说。



"我们非常惊讶地发现，细菌蛋白利用磷酸化过程而且发现这个过程是可逆的"，他说。"这是信号在胞内传递的一种新途径的证据，我们迫切的想调查它"。



该小组还发现，磷酸化作用发生在蛋白中一个被称之为Fic域的特定位点。以往的研究表明，这个位点诱导了一个不同的称之为单磷酸腺苷化（AMPylation）的反应。



一个结构域催化一种以上的反应，这很罕见，过去认为这个位点的唯一职责是转移单磷酸腺苷化所需的化学基团，罗说。"揭露这个结构域的双重角色对于鉴定或筛查用于抑制它的活性及治疗疾病的化合物非常要"，他说，这个结构域参与了远比我们能想象的更广泛的生化反应，可能成为有效治疗疾病的一个潜力靶标。



在感染过程中，细菌传送了数以百计的蛋白进入正常细胞以改变细胞进程，将恶劣的环境转变成非常适宜细菌复制的环境，但是目前只知道其中大约20种蛋白的具体作用，罗说。



"为了查明能作为新抗生素靶标的蛋白质，我们需要确定这些蛋白质在成功感染中的角色和重要性"，他说。"我们需要了解，在生化水平上，这些蛋白究竟具体做了什么以及它们是如何控制了细胞内的过程，然后我们就可以发现新的途径来阻断这些活动，阻止感染及挽救生命"。



发表于本期PNAS上的一篇文章详述了他们研究工作，该项目由美国国立卫生研究院资助。除了罗，普渡大学的研究生谭云浩（音译）和印第安纳大学的Randy共同撰写了论文。罗下一步计划利用这些细菌蛋白作为一种工具，去更多的了解受磷酸化作用控制的复杂的胞内过程，同时确定这些蛋白在细胞信号通路生化过程中的角色。