Nature：新研究在链霉菌中发现一类形似伞状的有毒蛋白颗粒

在一项新的研究中，来自美国华盛顿大学医学院的研究人员发现了一类形似伞状的有毒蛋白颗粒，称为链霉菌（Streptomyces）的土壤细菌会分泌这类有毒蛋白微粒来压制竞争者，尤其是同类竞争者。他们发现了这类有毒蛋白微粒及其结构、组成和作用方式。相关研究结果于2024年4月17日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Streptomyces umbrella toxin particles block hyphal growth of competing species”。

伞状有毒蛋白颗粒是这些细菌对其微小对手进行各种战斗性打击的最新例证。它们所生活的拥挤而多样的细菌群落是一场抗菌素攻击、反击和防御的混战。

具有讽刺意味的是，临床上使用的许多抗生素都直接来源于细菌在自然栖息地中用来对付对方的分子，或者受到了这些分子的启发。链霉菌对付其竞争对手的化学武器是此类分子最丰富的来源之一，其中包括常见的广谱药物链霉素。

与链霉菌产生的小分子抗生素不同，伞状有毒蛋白颗粒是由多种蛋白组成的大型复合物。它们靶向细菌的特异性也更强。这些作者推测伞状有毒蛋白颗粒的这些特性解释了为什么在对链霉菌产生的毒素进行长达 100 多年的研究中，这类毒素一直没有被发现。

编码伞状有毒蛋白颗粒的基因最初是通过生物信息学搜索新的细菌毒素发现的。在华盛顿大学医学院Joseph Mougous微生物实验室的Qinqin Zhao领导的生化和遗传实验中，他们了解到这些毒素与其他蛋白组成了一种大型复合物。

图片来自Nature, 2024, doi:10.1038/s41586-024-07298-z

Young Park 在华盛顿大学医学院生物化学教授、霍华德-休斯医学研究所研究员 David Veesler 的实验室对这种蛋白复合物进行了低温电镜观察。他们的研究表明Qinqin分离出的这种有毒复合物具有与他们在西雅图发现的有毒复合物相适应的惊人外观。它们看起来就像雨伞。

Mougous指出，“这类有毒蛋白颗粒颗粒的形状非常奇特，在未来的研究工作中，了解它们不同寻常的形态是如何帮助它们消灭目标细菌的，将会非常有趣。”

随后，这些作者试图确定这类有毒蛋白颗粒作用的靶标，他们筛选了它们对所有生物的影响，从真菌到 140 种不同的细菌，包括论文共同作者Devin Coleman在加州大学伯克利分校的实验室从高粱植物中提取的一些细菌。

在这些潜在的对手中，这类有毒蛋白颗粒特异性靶向其他的链霉菌物种。Mougous实验室的资深科学家S. Brook Peterson评论说，“我们认为，这种精妙的特异性可能是由于组成伞状辐条的蛋白各不相同。这些蛋白可能会捕捉到竞争细菌表面的特定糖分。”

通过分析数千个公开的细菌基因组，圣路易斯大学的Dapeng Zhang和他的研究生Youngjun Tan发现，许多其他种类的细菌也有制造伞状有毒蛋白颗粒的基因。有趣的是，这些细菌物种都形成了枝状菌丝，这在细菌中是一种不常见的生长模式。

除了有关伞状有毒蛋白颗粒的基础生物学的许多问题尚待解答外，Mougous和他的同事们还对其潜在的临床应用感到好奇。

他们猜测导致肺结核和白喉的细菌可能对伞状有毒蛋白颗粒敏感。他们注意到，这些细菌已经对传统抗生素产生了抗药性。他们认为伞状有毒蛋白颗粒有可能制服这些严重的致病细菌，因此值得探索。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Joseph Mougous et al. Streptomyces umbrella toxin particles block hyphal growth of competing species. Nature, 2024, doi:10.1038/s41586-024-07298-z.

New class of antimicrobials discovered in soil bacteria
https://phys.org/news/2024-04-class-antimicrobials-soil-bacteria.html