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结核菌具有产生维生素B12所需的所有基因

事实证明,人类病原体结核分枝杆菌用于进口维生素B12的转运蛋白与其他转运蛋白有很大不同。它包含一个巨大的充满水的空腔,亲水性物质在其中穿过细胞膜运输。这一发现改变了我们对细菌生理学的理解,是通过使用低温电子显微镜对运输蛋白进行成像而实现的。结果于3月26日发表在《自然》杂志上。

结核菌具有产生维生素B12所需的所有基因,但是由于某种原因,它仍需要导入这种维生素才能成功进行细胞分裂。为此,它使用一种转运蛋白,该转运蛋白是ATP结合盒(ABC)转运蛋白家族的一部分。有趣的是,维生素B12转运蛋白也与抗菌肽(如博来霉素)的转运有关。生物化学教授德克·斯洛特布姆(Dirk Slotboom)说,对于两种截然不同的分子只有一个转运蛋白是很奇怪的。

腔数

Slotboom及其团队与同事Albert Guskov一起阐明了这种神秘转运蛋白的蛋白质结构。Slotboom说:“这是一个漫长的过程,但我们最终使用了冷冻电子显微镜将其破解。”这是在美国加利福尼亚州门洛帕克的SLAC国家加速器实验室进行的。该结构揭示了一个重大惊喜:一个充满水的空腔,横跨整个细胞膜,面积达7,700立方埃。“那相当于七个维生素B12分子。”

这个腔似乎只是将水和其中可能存在的任何物质一起运输。“您可以将它与闸门进行比较,” Slotboom解释说。“你让水和其中的一切都进入。”它确实解释了为什么转运蛋白可以同时处理抗生素肽和维生素B12。由于它是非选择性的,因此它必须是效率低下的运输系统。结核分枝杆菌对维生素B12的吸收并不重要,因为细胞在其持续约24小时的生殖周期中只需要吸收这些分子中的很少。

抗生素类

非选择性运输系统与已知运输机完全不同。因此,它改变了我们看待细菌生理的方式。有强有力的迹象表明其他细菌也具有类似的系统,这意味着它们会从环境中拾取随机分子。它还为结核病的治疗提供了有趣的观点:“如果我们能够刺激这种转运蛋白的活性,它可能会更有效地导入抗生素,从而更容易杀死这些细胞。但是,我们意识到,这可能并非一帆风顺,因为该细菌采用了有效的策略来将抗生素拒之门外。

下一步是找出运输机的工作方式。'我们希望细胞内的闸门通过结合和水解ATP排空。但是我们不知道它是如何在外部打开的,以便让新分子进入。”转运蛋白是一个二聚体,两个半部分似乎向外突出-它们可能会以某种方式打开以允许新鲜货物进入。“也许我们可以找到一种方法来松开这个盖子并让更多的抗生素进入。”

人类细胞

Slotboom说,在人类细胞中也存在类似的水闸型转运蛋白的可能性很明显。在我们的肠道中,维生素B12首先与称为内在因子的肽结合,然后被上皮细胞吸收。最终,它变成溶酶体,即充满酶的囊泡,内在因子被降解。接下来,维生素B12从溶酶体释放到细胞中。我强烈怀疑这涉及类似的非特异性转运蛋白。

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