分子货梯如何工作
一些细菌膜转运蛋白的工作原理几乎就像货运电梯一样，将物质通过细胞膜转运到细胞内部。转运蛋白本身跨越细菌膜。就像叉车一样，细菌外部的可溶性蛋白质将物质运输到“电梯”并在那里卸载货物。货运电梯将其运送到牢房内部，换句话说，运送到另一层楼。波恩大学医院 (UKB) 和波恩大学的研究人员与约克大学的一个团队合作，现在研究了转运蛋白与其可溶性底物结合蛋白之间的相互作用。有趣的是，它们在运输过程中精确地相互适应。由于这种情况发生得非常快，研究人员通过专门插入锚，即所谓的二硫桥，实际上“阻塞”了电梯。这使他们能够证明，只有装载的“叉车”才适合“电梯”(如果它位于正确的楼层)。这使得交通真正有效。该研究现已发表在《自然通讯》杂志上。
与所有细胞一样，细菌也被细胞膜包围。这层薄薄的脂质包裹着细胞的营养物质、遗传物质和蛋白质。然而，某些物质必须能够穿过膜。例如，帮助病原体逃避人体免疫反应的物质。为此，流感嗜血杆菌等病原菌具有所谓的 ATP 独立周质 (TRAP) 转运蛋白。它们有两个非常灵活的跨越细胞壁的跨膜结构域。病原体流感嗜血杆菌使用 TRAP 转运蛋白将唾液酸从其环境转运到细胞内部，然后融入细菌细胞壁。小糖分子在人体组织中非常常见。“一旦它融入细菌细胞壁，唾液酸就像细菌的伪装帽一样。这使得它们能够躲避我们的免疫系统，因为这使它们看起来与人体自身的组织相似，”PD Gregor 博士说哈格卢肯(Hageluken)，来自英国英国皇家学会结构生物学研究所。他还是波恩大学跨学科研究领域 (TRA)“生命与健康”和免疫感觉2卓越集群的成员。
蛋白质像捕蝇草一样捕捉物质
TRAP 转运蛋白由额外的底物结合蛋白 (SBP) 支持，该蛋白在细菌膜外搜索唾液酸。一旦这个“叉车”找到了糖分子，SBP就会改变它的形状并紧紧地结合唾液酸。该研究的第一作者之一、波恩大学结构生物学研究所的博士生菲利普·亨德里克斯(Philipp Hendricks)说：“这种结合过程可以与维纳斯捕蝇草的突然关闭相比较。”
长期以来人们一直怀疑 TRAP 转运蛋白识别底物结合蛋白的闭合形式。因此，波恩研究人员调查了 SBP 的打开和关闭以及 TRAP 转运蛋白的向上和向下运动是否实际上是相互耦合的。由于这些运动非常快，哈格卢肯的团队使用了所谓的二硫化物工程(一种特殊的生物技术工具)来阻断转运蛋白。“我们将‘电梯’锁在不同的楼层，可以这么说——要么是牢房内，要么是牢房外，”第一作者马丁·彼得博士说。曾任结构生物学研究所博士后研究员，现为海德堡大学研究员。
荧光显微镜可见细菌货梯
通过与波恩大学克劳修斯物理与理论化学研究所 Ulrich Kubitscheck 教授实验室合作，研究人员能够将 TRAP 转运蛋白整合到人造膜中。利用单分子荧光显微镜，他们能够精确观察TRAP转运蛋白和“叉车”之间的结合，从而观察它们在工作中的实时情况。“我们的实验表明，SBP 的运动和跨膜电梯的运动确实是相互耦合的，”第一作者、波恩大学克劳修斯研究所的博士后研究员 Jan A. Ruland 说。因此，处于关闭状态的 SBP 优先与面向内的膜升降器结合，而“开放”的 SBP 优先与面向外的 TRAP 转运蛋白结合。“这些对转运蛋白机制的新见解可能有助于未来开发抗生素，确保细菌的升降机被卡住。这将结束捉迷藏的游戏，我们的免疫系统可以消灭细菌更容易”，UKB 的 Hagelueken 总结道。
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