Nature最新研究发现细菌对抗抗生素的秘密武器

摘 要:

生物通常可以通过多种代谢途径从环境中获得所必需的磷。但是,当环境中不能够提供足够的磷酸盐时,一些细菌进化出了特殊的代谢途径,能够打破稳定的碳-磷(carbon-phosphorus,C-P)键,从而从其他物质中摄取磷酸盐。英国科学家通过研究确定了C-P裂解酶复合体的精确分子结构,首次揭秘了细菌这一秘密武器的工作机制。

关键词:

所有生物的生长都需要磷酸盐,这就是为什么每年全世界的农作物种植需要大量磷肥。生物体通常可以通过多种代谢途径从环境中获得所需的磷。但是,当环境中不能够提供足够的磷酸盐时,例如,在海洋中的一些区域营养成分很少,许多生物的生长都非常缓慢,一些细菌进化出了特殊的代谢途径,能够打破稳定的碳-磷(carbon-phosphorus,C-P)键,从而从其他物质中摄取磷酸盐。这些物质是由许多原始有机体产生,构成了海洋环境中最大的磷元素储备。其中许多化合物都是毒性物质(抗生素),对于一些海洋生物的生存具有保护性意义。

一些细菌能够将磷酸化合物转化为磷酸盐促进其生长,它们进化出一套由14个蛋白质组成的系统,其中有大约一半是与底物的化学转化有关的酶。有5种酶会在细胞内形成一个大的叫做C-P裂解酶的复合体,能够催化磷酸化合物转化的五步化学反应中的两步。

来自英国的科学家在Nature上发表了最新研究进展,他们通过研究确定了C-P裂解酶复合体的精确分子结构,首次揭秘了细菌这一秘密武器的工作机制。利用X射线晶体显像技术和电子显微镜技术,研究人员完成了对这一复合体中四个酶的细节展示,同时还找到了第五个酶在复合体中所处的位置。

研究人员指出,他们希望通过这项研究更新人们对细菌在极端环境下如何存活以及如何分解特定抗生素的认识,从长远角度来说,这项研究成果还可用于水净化技术的开发,以移除饮用水中的杀虫剂污染,以及避免细菌产生抗生素抗性。

参考文献:

Seweryn P, Van LB, Kjeldgaard, M et al. Structural insights into the bacterial carbon-phosphorus lyase machinery. Nature, 2015,525(7567):68-72. DOI: 10.1038/nature14683.

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