《Nature》冷凍電顯首度解開細菌抗藥性超大型T4SS複合物結構

日期2022-08-18
《Nature》冷凍電顯首度解開細菌抗藥性超大型T4SS複合物結構
隨著具抗生素抗藥性的細菌增加,科學家們一直在尋找方法關閉細菌的第四型分泌系統(type IV secretion system, T4SS)。美國德州大學西南醫學中心華裔生物物理學助理教授Qian Cong,與英國倫敦大學結構和分子生物學教授Gabriel Waksman團隊合作,以冷凍電子顯微術解析出T4SS複合物的結構,其成果將有助於科學家設計藥物減緩抗藥性的發展,研究於6月22日發表於《Nature》。

T4SS為細菌細胞膜上的蛋白質複合物,為一個大型的跨膜運輸裝置,可幫助細菌與鄰近的細菌交換DNA,以此獲得抵抗抗生素的能力。

Qian Cong說:「這是第一次確定整個T4SS複合物的3D結構!」

倫敦大學Gabriel Waksman研究團隊,在過去二十多年來一直致力於瞭解T4SS,尤其是其如何形成用來與鄰近細菌分享DNA、結構薄而中空的線毛(pilus)。

在此研究中,Waksman團隊以冷凍電子顯微術(cryo-EM)來解析T4SS結構,該技術是透過冷凍蛋白質,並使用電子束獲得高解析度的顯微影像。這並非容易得到的成果,因為T4SS比全世界蛋白質結構資料庫中99.6%的蛋白質複合物都還要大。

接著,Qian Cong以統計學和機器學習專業,分析數種細菌的T4SS蛋白序列,產生對T4SS結構的預測,並將其與冷凍電子顯微術的數據進行比較。Qian Cong的計算​​分析支持了冷凍電子顯微術的數據,並以該結構提出了關於T4SS如何參與線毛組裝的預測。

Waksman團隊進一步在T4SS複合體中的特定位點製造突變,並在活細菌中驗證Qian Cong的假說。

Qian Cong表示,此項研究成果除了有助於開發藥物減緩抗生素抗藥性的傳播,也展現出現代計算方法在驗證實驗結果的力量,並在現有實驗數據之外洞見蛋白質的功能。

參考資料:https://www.sciencedaily.com/releases/2022/08/220817135355.htm
論文:https://www.nature.com/articles/s41586-022-04859-y

(編譯/劉馨香)