Cell：挑战常规！新研究揭示细菌鞭毛旋转马达的定子单元其实也是一个小型的旋转马达
来源：本站原创 2020-09-23 19:52
2020年9月23日讯/生物谷BIOON/---在我们的周围和身体里有数十亿个细菌，其中大多数是无害的，甚至是有益的。但是，诸如大肠杆菌和沙门氏菌之类的有些细菌会引起感染。迁移的能力可以帮助细菌寻找营养物，或者在身体的某些部位定植，并造成感染。在一项新的研究中，来自丹麦哥本哈根大学的研究人员如今从根本上深入了解这种细菌运动的动力，解决了这个领域长达一年的谜团
2020年9月23日讯/生物谷BIOON/---在我们的周围和身体里有数十亿个细菌，其中大多数是无害的，甚至是有益的。但是，诸如大肠杆菌和沙门氏菌之类的有些细菌会引起感染。迁移的能力可以帮助细菌寻找营养物，或者在身体的某些部位定植，并造成感染。
在一项新的研究中，来自丹麦哥本哈根大学的研究人员如今从根本上深入了解这种细菌运动的动力，解决了这个领域长达一年的谜团。相关研究结果于2020年9月14日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“Structure and Function of Stator Units of the Bacterial Flagellar Motor”。
论文通讯作者、哥本哈根大学健康与医学科学学院诺和诺德基金会蛋白研究中心副教授Nicholas Taylor博士说，“很多细菌可以移动，或者说迁移，这是因为它们有长长的称为鞭毛的丝线，它们可以用这些鞭毛来推动自己前进。它们是通过旋转这些鞭毛来实现的。旋转的动力来自于细菌鞭毛的旋转马达（rotary motor），而旋转马达的动力又来自于一种称为定子单元（stator unit）的蛋白复合物。这在我们的领域内都是众所周知的。我们如今展示的是这种定子单元如何为旋转马达提供动力，这到目前为止还是一个谜。”
令人颇为惊讶的是，Taylor及其研究团队发现这种定子单元本身其实也是一个微小的旋转马达。这个微小的旋转马达为大的旋转马达提供动力，使得鞭毛旋转，从而让细菌移动。这些研究结果与现有的关于定子单元作用机制的理论相矛盾，而这一新知识可能会在对抗细菌类疾病的过程中发挥作用。
Taylor说，“大多数研究人员，包括我们自己，其实都认为定子单元的作用机制和结构与我们的研究显示的情形完全不同。了解这种定子单元的实际组成和功能，为治疗目的铺平了道路。当我们知道是什么让细菌移动时，我们或许也能抑制这种移动，从而阻止它的扩散。”
利用低温电镜技术揭示定子单元的结构
这些研究人员通过使用低温电镜技术解析出定子单元复合物的结构。利用这种技术，他们能够阐明它的结构，观察到它是如何被激活的，并为它如何导致鞭毛马达的旋转提供了一个详细的模型。
Taylor说，“这个微小的马达由两种蛋白---MotA和MotB---组成。随着离子动力的分散，MotA围绕MotB旋转。MotA的旋转又为大的细菌旋转马达的旋转提供动力。此外，我们的模型还显示了定子单元如何在两个方向上为细菌鞭毛马达的旋转提供动力，这对细菌改变它们的移动方向至关重要。如果不改变方向，细菌就只能朝一个方向径直移动。”
Taylor团队下一步的研究工作是寻找能否利用化学化合物抑制定子单元，从而实现抗生素发挥的效果。（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
1.Mònica Santiveri et al. Structure and Function of Stator Units of the Bacterial Flagellar Motor. Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell.2020.08.016.
2.Tiny protein motor fuels bacterial movement
https://phys.org/news/2020-09-tiny-protein-motor-fuels-bacterial.html
在一项新的研究中，来自丹麦哥本哈根大学的研究人员如今从根本上深入了解这种细菌运动的动力，解决了这个领域长达一年的谜团。相关研究结果于2020年9月14日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“Structure and Function of Stator Units of the Bacterial Flagellar Motor”。
图片来自Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell.2020.08.016。
论文通讯作者、哥本哈根大学健康与医学科学学院诺和诺德基金会蛋白研究中心副教授Nicholas Taylor博士说，“很多细菌可以移动，或者说迁移，这是因为它们有长长的称为鞭毛的丝线，它们可以用这些鞭毛来推动自己前进。它们是通过旋转这些鞭毛来实现的。旋转的动力来自于细菌鞭毛的旋转马达（rotary motor），而旋转马达的动力又来自于一种称为定子单元（stator unit）的蛋白复合物。这在我们的领域内都是众所周知的。我们如今展示的是这种定子单元如何为旋转马达提供动力，这到目前为止还是一个谜。”
令人颇为惊讶的是，Taylor及其研究团队发现这种定子单元本身其实也是一个微小的旋转马达。这个微小的旋转马达为大的旋转马达提供动力，使得鞭毛旋转，从而让细菌移动。这些研究结果与现有的关于定子单元作用机制的理论相矛盾，而这一新知识可能会在对抗细菌类疾病的过程中发挥作用。
Taylor说，“大多数研究人员，包括我们自己，其实都认为定子单元的作用机制和结构与我们的研究显示的情形完全不同。了解这种定子单元的实际组成和功能，为治疗目的铺平了道路。当我们知道是什么让细菌移动时，我们或许也能抑制这种移动，从而阻止它的扩散。”
利用低温电镜技术揭示定子单元的结构
这些研究人员通过使用低温电镜技术解析出定子单元复合物的结构。利用这种技术，他们能够阐明它的结构，观察到它是如何被激活的，并为它如何导致鞭毛马达的旋转提供了一个详细的模型。
Taylor说，“这个微小的马达由两种蛋白---MotA和MotB---组成。随着离子动力的分散，MotA围绕MotB旋转。MotA的旋转又为大的细菌旋转马达的旋转提供动力。此外，我们的模型还显示了定子单元如何在两个方向上为细菌鞭毛马达的旋转提供动力，这对细菌改变它们的移动方向至关重要。如果不改变方向，细菌就只能朝一个方向径直移动。”
Taylor团队下一步的研究工作是寻找能否利用化学化合物抑制定子单元，从而实现抗生素发挥的效果。（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
1.Mònica Santiveri et al. Structure and Function of Stator Units of the Bacterial Flagellar Motor. Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell.2020.08.016.
2.Tiny protein motor fuels bacterial movement
https://phys.org/news/2020-09-tiny-protein-motor-fuels-bacterial.html
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