壮观的锁子甲结构：揭示了超级细菌艰难梭菌的防护装甲
超级细菌艰难梭菌保护性盔甲的壮观结构首次被揭示，显示出紧密而灵活的外层——就像锁子甲一样。据发现它的纽卡斯尔大学、谢菲尔德大学和格拉斯哥大学的科学家称，这种组装可以防止分子进入，并为未来的治疗提供新的目标。图片来源：英国纽卡斯尔大学
锁子甲的壮观结构或许可以解释 C.diff 在抵御抗生素和免疫系统分子方面的成功。
超级细菌艰难梭菌保护性盔甲的壮观结构首次被揭示，显示出紧密而灵活的外层——就像锁子甲一样。
据发现它的科学家称，这种组装可以防止分子进入，并为未来的治疗提供新的目标。
来自纽卡斯尔大学、谢菲尔德大学和格拉斯哥大学的科学家团队与帝国理工学院和Diamond Light Source的同事一起在Nature Communications上发表文章，概述了构成连锁邮件链接的主要蛋白质 SlpA 的结构以及它们是如何形成的排列成一个图案，创造出这种灵活的盔甲。这开启了设计C. diff特定药物以破坏保护层并产生孔以允许分子进入并杀死细胞的可能性。
防护甲
导致腹泻的超级细菌艰难梭菌必须保护自己免受抗生素侵害的众多方法之一是覆盖整个细菌细胞的特殊层 - 表面层或 S 层。这种灵活的盔甲可以防止我们的免疫系统释放的用于对抗细菌的药物或分子进入。
该团队使用 X 射线和电子晶体学的组合确定了蛋白质的结构以及它们如何排列。
通讯作者、纽卡斯尔大学大分子晶体学高级讲师、领导这项研究的 Paula Salgado 博士说：“我在 10 多年前开始研究这种结构，这是一段漫长而艰难的旅程，但我们得到了一些非常令人兴奋的结果！令人惊讶的是，我们发现形成外层的蛋白质 SlpA 包装得非常紧密，开口非常窄，允许很少的分子进入细胞。迄今为止研究过的其他细菌的 S 层往往具有更宽的间隙，允许更大的分子穿透。这或许可以解释C.diff在抵御抗生素和免疫系统分子攻击它方面的成功。
“令人兴奋的是，它还开启了开发针对构成连锁邮件的相互作用的药物的可能性。如果我们打破这些，我们可以创造出让药物和免疫系统分子进入细胞并杀死它的孔。”
当前我们对抗感染的挑战之一是细菌必须抵抗我们用来杀死它们的抗生素的能力不断增强。抗生素或更普遍地说，抗微生物药物耐药性 (AMR) 被世界卫生组织宣布为人类面临的十大全球公共卫生威胁之一。
不同的细菌有不同的机制来抵抗抗生素，有些细菌有多种方法来避免它们的作用——所谓的超级细菌。这些超级细菌中包括艰难梭菌，这是一种感染人体肠道的细菌，对除三种现有药物外的所有药物都有抗药性。不仅如此，当我们服用抗生素时，它实际上成为一个问题，因为肠道中的有益细菌与引起感染的细菌一起被杀死，而且由于艰难梭菌具有抗药性，它可以生长并导致从腹泻到死亡的各种疾病，原因是肠道大面积病变。另一个问题是，治疗C.diff的唯一方法是服用抗生素，因此我们重新开始循环，许多人会反复感染。
确定结构允许设计C. diff特异性药物以破坏 S 层、锁子甲并产生孔以允许分子进入并杀死细胞。
谢菲尔德大学的同事 Rob Fagan 博士和 Per Bullough 教授开展了电子晶体学工作。
Fagan 博士说：“我们现在正在研究如何利用我们的发现来寻找治疗艰难梭菌感染的新方法，例如使用噬菌体附着并杀死艰难梭菌细胞——这是传统抗生素药物的一种有希望的潜在替代品。”
来自纽卡斯尔大学 Salgado 博士的团队，博士生 Paola Lanzoni-Mangutchi 和 Anna Barwinska-Sendra 博士解开了构建模块的结构和功能细节，并确定了 SlpA 的整体 X 射线晶体结构。Paola 说：“这是一个具有挑战性的项目，我们一起花了很多时间，在钻石光源同步加速器上培养困难的虫子并收集 X 射线数据。”
Barwinska-Sendra 博士补充说：“合作是我们成功的关键，成为这个团队的一员并最终能够分享我们的工作非常令人兴奋。”
该作品由纽卡斯尔的科学艺术家和科学传播者 Lizah van der Aart 博士以令人惊叹的图片展示。
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参考：
“艰难梭菌中 S 层的结构 1 和组装”，作者：Paola Lanzoni-Mangutchi、Oishik Banerji、Jason Wilson、Anna Barwinska-Sendra、Joseph A. Kirk、Filipa Vaz、Shauna O'Beirne、Arnaud Baslé、 Kamel El Omari、Armin Wagner、Neil F. Fairweather、Gillian R. Douce、Per A. Bullough、Robert P. Fagan 和 Paula S. Salgado，2022 年 2 月 25 日，自然通讯。
DOI: 10.1038/s41467-022-28196-w