超級(jí)細(xì)菌，也被稱(chēng)為革蘭氏陰性細(xì)菌，正在引發(fā)全球性的健康危機(jī)。根據(jù)美國(guó)疾病控制中心(CDC)的數(shù)據(jù)，每年在美國(guó)，至少有200萬(wàn)人患有抗生素耐藥性感染。其中23,000人死亡。

阻礙這場(chǎng)危機(jī)的一種方法是避免收縮。但沒(méi)有人去尋找細(xì)菌感染。因此，雖然醫(yī)療保健專(zhuān)業(yè)人員和食品行業(yè)致力于限制大腸桿菌，葡萄球菌和致命的艱難梭菌感染的傳播，但研究人員正在尋找新的方法來(lái)避開(kāi)令人印象深刻的革蘭氏陰性防御系統(tǒng)。

希金斯化學(xué)與化學(xué)生物學(xué)教授Daniel Kahne和他的實(shí)驗(yàn)室致力于確定革蘭氏陰性菌的工作原理。在過(guò)去的十年中，他和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種完整的機(jī)器，可以構(gòu)建每種細(xì)菌的強(qiáng)大保護(hù)作用，這是一種由稱(chēng)為脂多糖(LPS)的強(qiáng)力分子構(gòu)成的外膜。

“由于某些革蘭氏陰性感染沒(méi)有抗生素，因此了解外膜如何組裝以及如何干擾組裝具有重大的醫(yī)學(xué)意義，”Kahne說(shuō)。

施工并不簡(jiǎn)單。笨重的LPS在細(xì)菌的細(xì)胞質(zhì)內(nèi)部形成，細(xì)胞質(zhì)通過(guò)另外兩個(gè)屏障與外膜分離。在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，分子ATP提供足夠的能量來(lái)產(chǎn)生LPS構(gòu)建塊并將它們移動(dòng)到細(xì)胞周?chē)?，就像微觀建筑工人一樣。但是這些工人(ATP)不能越過(guò)膜屏障將LPS運(yùn)輸?shù)酵饽すぷ鲌?chǎng)所。

研究生特里斯坦歐文斯決定解開(kāi)這個(gè)謎團(tuán)。2013年，在卡塔爾教學(xué)一年后，歐文斯回到美國(guó)加入Kahne實(shí)驗(yàn)室。那年秋天，他告訴Kahne，他計(jì)劃弄清楚LPS是如何進(jìn)入外膜的，這是科學(xué)家自20世紀(jì)70年代早期開(kāi)始研究的一個(gè)問(wèn)題。“顧問(wèn)經(jīng)常這樣做，我向他保證這是可能的，”卡恩說(shuō)。

要解決這個(gè)謎團(tuán)，歐文斯必須回答兩個(gè)主要問(wèn)題。首先，如果那些微小的建筑工人不能通過(guò)細(xì)菌膜跟蹤LPS，那么是什么將分子推到需要去的地方?他和Kahne實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)橋引導(dǎo)LPS穿過(guò)。但是，沒(méi)有任何能量推動(dòng)構(gòu)建塊通過(guò)，它們應(yīng)該像許多蘋(píng)果扔到空中一樣回落到細(xì)胞質(zhì)中。

“據(jù)估計(jì)，在20世紀(jì)70年代，每個(gè)細(xì)胞每隔5分鐘就需要移動(dòng)約300萬(wàn)個(gè)LPS分子來(lái)制造外膜，”Kahne說(shuō)。細(xì)菌機(jī)器必須高效?，F(xiàn)在，六年后，論文后來(lái)，歐文斯可以解釋他們?nèi)绾芜\(yùn)作良好的組織運(yùn)作。對(duì)于第二個(gè)問(wèn)題，Owens必須首先確定LPS如何進(jìn)入蛋白質(zhì)橋：細(xì)菌機(jī)器如何將LPS與漂浮在細(xì)胞質(zhì)中的其他分子區(qū)分開(kāi)來(lái)?

在自然界發(fā)表的一篇論文中，第一作者歐文斯確定了兩種晶體結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)從細(xì)胞質(zhì)中提取LPS并將分子移到蛋白質(zhì)橋上。之前的研究提出LPS通過(guò)多種途徑進(jìn)入橋梁，但歐文斯的工作確定ATP沿著一條路徑穿梭分子。

歐文斯還發(fā)現(xiàn)，如果沒(méi)有ATP建筑工人的幫助，LPS如何繼續(xù)穿過(guò)橋梁。像Pez機(jī)器一樣，蛋白質(zhì)橋打開(kāi)和關(guān)閉門(mén)，使LPS向上移動(dòng)到外膜。“門(mén)為單向運(yùn)輸提供了解釋?zhuān)?rdquo;Kahne說(shuō)，“因?yàn)殚l門(mén)關(guān)閉可以阻止回流。”

越多的科學(xué)家知道革蘭氏陰性細(xì)菌如何構(gòu)建它們的外膜，它們?cè)浇咏鸪鋸?qiáng)大的防御能力。現(xiàn)在，隨著這個(gè)已有數(shù)十年歷史的謎團(tuán)得以解決，研究人員可以開(kāi)始開(kāi)發(fā)新的藥物，這些藥物會(huì)降低細(xì)菌的效率，阻礙機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)，并使它們?cè)俅稳菀资艿娇股氐那趾Α?/p>