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一个4-型分泌系统的结构

摘要 : 英国伯克贝克学院和伦敦大学的一个研究组发现,细菌IV型分泌系统——细菌间能够共享遗传物质,由此促成抗生素耐药扩散。相关文章发表于2014年3月9日的《Nature》杂志上。
一个4-型分泌系统的结构

英国伯克贝克学院和伦敦大学的一个研究组揭示了细菌IV型分泌系统的机制,细菌利用它来移动物质穿过细胞壁。由于IV型分泌系统能够在细胞间分配遗传物质,尤其是抗生素抗性基因,这一机制直接导致了医院环境中的抗生素耐药性传播。此外,它还在引发溃疡、百日咳、军团病一类严重肺炎的感染毒素分泌过程起至关重要的作用。

这项研究工作是由结构和分子生物学研究所的Waksman教授所领导,获得了惠康基金会(Wellcome Trust)的资金资助。新研究从分子结构和分泌机制等方面揭示出IV型分泌系统显著不同于其他的细菌分泌系统。

Waksman教授说:“这项研究工作是名副其实的杰作。整个复合物相当的巨大,它的结构是史无前例的。这项突破性的研究将为这一领域指出一个全新的方向。接下来,我们需要了解细菌是如何利用这一结构的,以获得抗生素抗性基因四处移动的影像。”

利用电子显微镜,研究人员设法重建了在大肠杆菌中观察到的IV型分泌系统。他们看到这一结构由两个独立的复合物构成,一个在细胞外膜,另一个在细胞内膜,通过一个跨细胞周质(两膜之间的空间)的柄状结构连接。内膜和外膜上的这些复合物形成了膜孔道,一些物质可通过这些膜孔道分泌出来。

了解这一分泌系统的结构将帮助科学家们揭示细菌移动一些物质穿过内膜和外膜的机制。这有可能最终帮助科学家们开发出一些人类细胞遗传修饰新工具,以细菌作为遗传物质载体,将它们分泌到细胞之中。

Waksman教授说:“了解细菌的分泌系统有可能帮助设计出一些新型化合物阻断这一分泌过程,由此阻止抗生素抗性基因传播。由于抗生素耐药已变得如此普遍,成为了人类健康的一个重大威胁,这项研究工作有可能对抗菌剂领域未来的研究产生相当大的影响。

原文摘要:

Structure of a type IV secretion system

Harry H. Low, Francesca Gubellini, Angel Rivera-Calzada, Nathalie Braun, Sarah Connery,Annick Dujeancourt, Fang Lu, Adam Redzej, Rémi Fronzes, Elena V. Orlova & Gabriel Waksman

Bacterial type IV secretion systems translocate virulence factors into eukaryotic cells, distribute genetic material between bacteria and have shown potential as a tool for the genetic modification of human cells. Given the complex choreography of the substrate through the secretion apparatus, the molecular mechanism of the type IV secretion system has proved difficult to dissect in the absence of structural data for the entire machinery. Here we use electron microscopy to reconstruct the type IV secretion system encoded by the Escherichia coli R388 conjugative plasmid. We show that eight proteins assemble in an intricate stoichiometric relationship to form an approximately 3 megadalton nanomachine that spans the entire cell envelope. The structure comprises an outer membrane-associated core complex1 connected by a central stalk to a substantial inner membrane complex that is dominated by a battery of 12 VirB4 ATPase subunits organized as side-by-side hexameric barrels. Our results show a secretion system with markedly different architecture, and consequently mechanism, to other known bacterial secretion systems.

对应Nature杂志: 2014年4月24日Nature杂志精选

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