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超级细菌的唯一致命弱点

摘要 : 东英吉利大学的科学家在解决抗生素耐药性的比赛中取得了一个突破进展。发表于2014年6月18日的《Nature》杂志上的一项新研究揭示了包裹着耐药性细菌细胞的防御屏障的唯一致命弱点。这项研究为新一波的药物铺平道路,通过瓦解它们的防御墙而不是攻击细菌本身杀死超级细菌。这意味着,在未来,细菌根本不会出现耐药性。

 东英吉利大学的科学家在解决抗生素耐药性的比赛中取得了一个突破进展。发表于2014年6月18日的《Nature》杂志上的一项新研究揭示了包裹着耐药性细菌细胞的防御屏障的唯一致命弱点。这项研究为新一波的药物铺平道路,通过瓦解它们的防御墙而不是攻击细菌本身杀死超级细菌。这意味着,在未来,细菌根本不会出现耐药性。

图片来源:钻石光源

图片来源:钻石光源

这一发现并没有姗姗来迟。世界卫生组织警告说,抗生素耐药性细菌蔓延全球,造成了严重的后果。甚至是被治愈几十年的常见感染可以再次杀人。

研究人员研究一种称为“革兰氏阴性菌”的细菌,这种细菌能够对抗生素产生抗性,因为基于脂质的不透水的细胞外膜。

这种外膜作为对抗来自于人类免疫系统和和抗生素药物攻击的防御屏障。它可以让致病细菌生存,但是,消除这一障碍会导致细菌变得更加脆弱和死亡。

到现在为止,对于防御屏障如何建成的确切信息仍然甚少。这些新的发现揭示细菌细胞如何将屏障构建块(称为脂多糖)运输到细胞外表面。

研究组组长、东英吉利大学的诺维奇医学院董长江教授说:“我们已经确定了细菌细胞将屏障构建块运输到细胞外表面所使用的通路和闸门。重要的是,我们已经证明,如果闸门被锁住,这个细菌一定会死。”

“这是非常重要的,因为耐药性细菌是一个全球性的健康问题。目前许多抗生素都变得一无是处,每年造成数百万人死亡。”

“超级臭虫的数量正在以一个意想不到的速度增加,本研究提供了急需的新一代药物的平台。”

该研究的主要作者Haohao Dong said博士研究生说:“这项研究真正令人兴奋的是,新的药物将特别针对细菌周围的保护屏障,而不是细菌本身。”

“因为新的药物将不再需要进入细菌本身,我们希望,这种细菌在未来将无法发展为耐药性。”

原文摘要:

Structural basis for outer membrane lipopolysaccharide insertion

Haohao Dong, Quanju Xiang, Yinghong Gu, Zhongshan Wang, Neil G. Paterson, Phillip J. Stansfeld, Chuan He, Yizheng Zhang, Wenjian Wang & Changjiang Dong

Lipopolysaccharide (LPS) is essential for most Gram-negative bacteria and has crucial roles in protection of the bacteria from harsh environments and toxic compounds, including antibiotics. Seven LPS transport proteins (that is, LptA–LptG) form a trans-envelope protein complex responsible for the transport of LPS from the inner membrane to the outer membrane, the mechanism for which is poorly understood. Here we report the first crystal structure of the unique integral membrane LPS translocon LptD–LptE complex. LptD forms a novel 26-stranded β-barrel, which is to our knowledge the largest β-barrel reported so far. LptE adopts a roll-like structure located inside the barrel of LptD to form an unprecedented two-protein ‘barrel and plug’ architecture. The structure, molecular dynamics simulations and functional assays suggest that the hydrophilic O-antigen and the core oligosaccharide of the LPS may pass through the barrel and the lipid A of the LPS may be inserted into the outer leaflet of the outer membrane through a lateral opening between strands β1 and β26 of LptD. These findings not only help us to understand important aspects of bacterial outer membrane biogenesis, but also have significant potential for the development of novel drugs against multi-drug resistant pathogenic bacteria.

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