细菌“自导导弹”或将开辟新抗生素疗法

摘要:

据外媒报道,由于细菌在争夺着资源和空间,微生物战争在我们周围、体表和体内不断地肆虐。在这个过程中,它们已经开发出了一些精巧的武器如tailocins,它对敌人的作用有点像“自导导弹”。现在,研究人员已经研究了tailocins是如何起作用的以及我们应该如何利用它们为自己服务。

细菌是一种社会性很强的小生物,无论是好还是坏。当它们跟自己的物种生活在一个合作的群落里时,它们可能会不加区别地杀死其他敢于偷取营养物质的微生物。它们通常会使用特殊的毒素,这也是我们许多抗生素的来源,但我们都很清楚,细菌会进化出耐药性进而使后者失效。

另一种不太为人所知但仍强大的武器则就是所谓的tailocins。研究人员直到最近才发现,这些蛋白质结构看起来像噬菌体的“尾巴”。据悉,噬菌体是一种捕食细菌的微小病毒。看起来这些虫子把这些攻击者变成了自己的优势,它们产生了tailocins然后向敌人开火。Tailocins会附着在其他细菌上,然后在细胞上打出一个洞并杀死它。

“Tailocins是细菌制造的超强蛋白质纳米机器,”该研究的论文作者之一Vivek Mutalik说道,“它们看起来像噬菌体,但它们没有衣壳,衣壳是包含病毒DNA和复制机制的噬菌体的‘头’。所以,它们就像一根弹簧针穿过细胞膜,然后在细胞质上开一个洞,这样细胞就会失去离子和物质并最终崩塌。”

也许关于最有tailocins趣的事情是它们对攻击对象非常挑剔。它们不会杀死它们找到的任何东西,而是只针对特定种类的细菌,这为它们赢得了细菌自导导弹的绰号。

不过仍会发生意外伤亡。事实证明,生产tailocins对单个细菌来说是致命的,因为它们首先要从细胞中冲出。奇怪的是,进化会允许这种自我毁灭的行为持续下去,但对物种的净收益必须超过个体的成本。

在这项新研究中,劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员调查了tailocins针对的是一种特定的细菌而非另外一种的原因。他们采集了12种能产生tailocins的土壤细菌样本并对它们的基因组进行筛选以寻找可能使这些细菌或多或少地对tailocins敏感的相关基因。

结果他们发现,差异主要在于脂多糖的结构,脂多糖是位于细胞膜外的脂肪和糖分子。Tailocins倾向于跟这些分子的特定构型结合,这一发现可能最终有助于我们开发出新的抗菌素,这些抗菌素将能更专注于某些菌株且不太可能引发耐药性。

“一旦我们了解了靶向机制,我们就可以开始自己使用这些tailocins,”该研究的论文联合主要作者Adam Arkin说道,“医学的潜力显然是巨大的,但对于我们所做的科学来说也是不可思议的,我们正在研究环境微生物如何相互作用以及这些相互作用在重要生态过程中的作用如碳固存和氮处理。”

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