中科院Nature發表微生物研究新成果

　　來自中科院生物物理研究所的研究人員在新研究中揭示出了，細胞壁成分脂多糖被傳遞并插入到細菌外膜中的分子結構機制，相關論文“Structural basis for lipopolysaccharide insertion in the bacterial outer membrane”發表在6月18日的《自然》（Nature）雜志上。

　　論文的通訊作者是中科院生物物理研究所的黃億華（Yihua Huang）研究員，其主要從事膜蛋白結構生物學研究，研究方向包括膜蛋白的生成與蛋白質跨膜轉運機理；及生物膜的生成。

　　在革蘭氏陰性菌的表層，有由肽葡聚糖形成的細胞壁，在壁的外面，又有由蛋白質、磷脂質、脂多糖形成的膜層，與里面的細胞質膜相對應，特稱此層為細菌外膜。作為革蘭氏陰性菌的特有結構，外膜像一個雙軌道結構，為兩個電子致密層夾一個透明層，狀似細胞膜，但在生化上又不同于細胞膜。

　　脂多糖(LPS)是革蘭氏陰性菌細胞壁外膜的獨有組成成分，結構較復雜，由類脂A、核心多糖和O-特異側鏈3部分組成。類脂A是革蘭氏陰性菌致病性內毒素的物質基礎。LPS的結構變化決定了革蘭氏陰性菌細胞表面抗原決定簇的多樣性。與磷壁酸相似，LPS具有吸附Mg,Ca等陽離子提高這些離子在細胞表面濃度的作用。

　　此外，細菌外膜的LPS層賦予了革蘭氏陰性菌強有力的屏障對抗抗生素一類的有毒化合物進入細胞，使得細菌能夠在惡劣的環境中生存。LPS還是先天免疫反應的強有力的激活劑，作為保守性的病原體相關分子模式（PAMP）為先天免疫受體所識別。鑒于這些重要的功能，LPS無疑多于大多數革蘭氏陰性菌至關重要，能夠干擾它的生物信號通路將為開發出對抗致病菌的新型抗生素提供極好的機會（延伸閱讀：Nature揪出超級耐藥菌的軟肋）。

　　在細菌中，是借助于7個必不可少的脂多糖轉運（Lpt）蛋白來將LPS從內膜通過胞質送至表面。在7個Lpt蛋白中，LptD-LptE復合物負責將LPS插入到外膜的外部小葉（external leaflet）中。然而，目前對于LPS插入外膜及裝配的精確機制仍不是很清楚。

　　在這篇文章中，研究人員報告稱獲得了來自福氏志賀氏菌（Shigella flexneri），分辨率為2.4埃的110KD LptD–LptE膜蛋白復合物的晶體結構。這一結構揭示出了一個前所未有的兩蛋白“插頭與桶”（ plug-and-barrel）的結構，LptE嵌入到了LptD形成的由26股β折疊圍成的β桶狀(β-barrel)結構中。重要的是，兩個脯氨酸殘基使得頭兩個β折疊的二級結構扭曲，減弱了它們與鄰近β折疊的相互作用，在桶壁上生成了一個潛在的入口，使得LPS能夠側向擴散到外膜。

　　了解到細菌將防御屏障的重要元件脂多糖運送到外膜上的機制，為開發出靶向細菌外膜的新抗生素策略開啟了大門。