发现用于回收细菌细胞壁的新转运蛋白

瑞典于默奥大学的研究人员发现了一种转运蛋白，某些细菌使用这种转运蛋白来回收其细胞壁碎片。他们发现转运蛋白控制着对某些种类的细胞壁靶向抗生素的耐药性。

FelipeCava教授和博士所研究的转运蛋白。于默奥大学的学生MichaelGilmore发现，对于植物病原体根癌农杆菌的细胞壁完整性至关重要，农杆菌是一些人类病原体的便捷实验室模型。

细菌被保护性外骨骼，即细胞壁包围。细胞壁对细菌来说是必不可少的，因为它决定了它们的形状并使它们能够保护自己，我们许多最好的抗生素都以构建和重塑这种结构的蛋白质为目标。随着细菌的生长和分裂，它们会重塑细胞壁，从而释放出被称为胞肽的细胞壁碎片。释放的胞肽可以进入环境，在那里它们可以对种间相互作用产生深远影响，或者被运回细胞进行回收。为了回收胞肽，一些细菌使用一种叫做AmpG的膜转运蛋白。然而，许多细菌没有这种转运蛋白，因此尚不清楚它们如何或是否会回收细胞壁。

当细菌遇到青霉素等靶向细胞孔的抗生素时，就会释放出过量的胞肽。一些细菌在回收过程中检测到这些多余的胞肽，并以此为信号来产生分解抗生素的称为β-内酰胺酶的酶。然而，并不是所有的细菌都这样做，而且胞肽的回收还不是很清楚。

“我们对研究细胞壁回收非常感兴趣，因为人们对其目的知之甚少。例如，大肠杆菌会产生多种蛋白质来回收其细胞壁，但阻断回收对其繁殖能力没有影响。为了更好地了解这个过程，我们想研究做事不同的替代细菌，”该研究的第一作者迈克尔吉尔摩说。

研究人员研究了根癌农杆菌，这是一种在植物中引起冠瘿病的细菌，研究人员发现了一种新的转运蛋白，它在这种细菌和相关细菌中接管了AmpG的作用。当抗生素磷霉素减少新细胞壁合成时，筛选生长所需的基因，他们发现属于ATP结合盒ABC家族的转运蛋白似乎成为细菌生存所必需的。当他们删除转运蛋白时，他们发现胞肽在细胞的生长培养基中积累，而胞内不存在胞肽。新发现的转运蛋白被命名为YejBEF-YepA。

当研究人员测试转运蛋白突变体对氨苄西林等β-内酰胺类抗生素的耐药性时，他们发现它变得异常敏感。正如预期的那样，这与β-内酰胺酶活性的降低相对应。然而值得注意的是，与完全缺乏β-内酰胺酶的菌株相比，转运蛋白突变体变得对氨苄青霉素更加敏感，这意味着一定有更多的事情发生。为了进一步研究这一点，研究人员尝试通过在细胞壁提供的支持变得非常重要的低渗透压介质中生长来强调回收缺陷菌株。细菌生长很差，并表现出肿胀和裂解，这意味着细胞壁的完整性大大降低。

“这种转运蛋白出现在我们的屏幕上，代表了一种新的多肽转运蛋白的理想候选者。我们预计由于较低的β-内酰胺酶表达会导致抗生素耐药性下降，但当删除转运蛋白时细菌变得如此严重是非常令人惊讶的”，迈克尔吉尔摩说。

研究人员更详细地研究了细胞壁化学，发现转运蛋白突变体的细胞壁厚度比正常情况低得多，这与细胞壁前体分子的类似减少相对应。此外，细胞壁的交联程度低于正常水平，并且更多地依赖于一种不寻常的交联酶。他们得出结论，再生细胞壁材料的损失一定是抗生素敏感性和细胞壁缺陷在缺少转运蛋白的细菌中出现的主要原因。

有趣的是，该转运蛋白实际上已经被报道过，对于苜蓿根瘤菌形成植物共生和哺乳动物病原体羊种布鲁氏菌抵抗抗菌肽很重要。然而，直到现在它作为细胞壁回收转运蛋白的功能才被揭示出来。因此，它可能代表某些人类病原体中抗生素或佐剂的有前途的目标，但也与植物病原体或共生体的农业相关。

“似乎通用肽转运蛋白YejBEF已通过新亚基YepA的进化被选择用于转运多肽。有趣的是，转运蛋白存在于许多其他细菌中，包括布鲁氏菌和褐杆菌属等人类病原体，这项工作只是开始描述其在感染中的潜在作用，”该研究的资深作者卡瓦教授总结道。