活大腸桿菌史上最清晰結構圖揭示｜總編輯圈點

活大腸桿菌的顯微鏡影象，揭示了其保護性外膜的斑塊性質。圖片來源：英國倫敦大學學院 本恩等人

科技日報實習記者張佳欣

許多細菌的外膜是抵抗抗生素的強大屏障，是細菌對藥物產生抗藥性的重要因素。據25日發表在《美國國家科學院院刊》上的論文，研究人員記錄了有史以來最清晰的活細菌影象，揭示了其外膜的結構。

研究顯示，革蘭氏陰性菌的保護性外膜表面可能有斑塊。外膜包含緻密的蛋白質構建塊網路，由不含蛋白質的斑塊交替排列組成。這些斑塊富含糖鏈（糖脂）分子，使外膜保持緊密。

這是一項重要的發現，因為革蘭氏陰性菌堅韌的外膜阻止了某些藥物和抗生素滲透細胞。科學家們認為，包括鮑曼不動桿菌、銅綠假單胞菌以及沙門氏菌和大腸桿菌等腸桿菌科細菌在內的一類細菌，其抗藥性比耐藥金黃色葡萄球菌（如耐甲氧西林金黃色葡萄球菌）等革蘭氏陽性菌威脅更大，部分原因就在於外膜。

為了更好地理解這一結構，科學家們用一根針尖只有幾奈米寬的微小的針在活大腸桿菌上劃了一道。由此得到的細菌表面的分子結構影象顯示，細菌的整個外膜都擠滿了由蛋白質形成的微孔，這些孔允許營養物質進入而阻止毒素進入。

影象還顯示，外膜有許多似乎不含蛋白質的斑塊。這些斑塊含有通常在革蘭氏陰性細菌表面發現的糖脂。

研究人員表示，教科書上關於細菌外膜的圖片顯示，蛋白質以一種無序的方式分佈在膜上，與膜的其他構件很好地混合在一起。此次的影象表明，事實並非如此，而是含有糖脂的斑塊從富含蛋白質的外膜網路中分離出來，就像油與水分離一樣，在某些情況下，會在細菌的外膜上形成縫隙。這表明，外膜可能並不是完全覆蓋了整個細菌，可能並不難被突破，但也可能會存在更強或更弱的斑點，這些斑點可以成為抗生素的靶點。

論文通訊作者、倫敦大學學院教授巴特·霍格諾姆表示，這意味著現在可以開始研究這種結構是否以及如何影響外膜的功能、完整性和對抗生素的抗藥性。

研究小組還推測，這些發現可能有助於解釋細菌如何在保持緊密保護性屏障的同時仍能快速生長：在適宜條件下，大腸桿菌在20分鐘內就可進行一次分裂。他們提出，糖脂斑塊可能比蛋白質網路允許更多的膜伸展，使膜更容易適應細菌不斷增長的大小。

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幾十年前人們已發現，大腸桿菌等很多其他細菌都有一層外膜。具有外膜的細菌，往往對抗生素有更高的抵抗力。此前的研究表明，細菌的外膜強度驚人，本身也是一面化學盾牌。盾牌究竟是怎樣的結構，它的弱點在哪？這次，科研人員得到了活細菌的最精細畫像，並觀察到了它的外膜結構。含有糖脂的斑塊從富含蛋白質的外膜網路中分離出來，並在某些地方形成縫隙。這些縫隙有何意義，是否能幫助研製出更有特性的“矛”，就要看科研人員的下一步研究了。

【來源：科技日報】

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