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墙壁上的一块新砖发现细菌细胞壁中间体

瑞典于默奥大学(UmeåUniversity)的研究人员发现,肽聚糖回收途径的意外中间产物的积累能够调节细胞壁的合成和结构。

大多数细菌被保护性细胞壁所屏蔽,该保护性细胞壁由称为肽聚糖的强而有弹性的聚合物组成。肽聚糖对细菌必不可少,因此,在开发抗生素方面一直备受关注。将细菌细胞壁的新弱点识别为抗生素靶标是与病原菌作斗争的国际最高优先事项。

随着细菌的生长,肽聚糖也需要生长。为了插入新的亚基,某些酶必须打开肽聚糖网,结果,称为多肽的片段被释放到细胞外环境。在感染过程中,宿主可以将这些多聚肽检测为“危险”信号,从而诱导高度免疫反应。因此,为了在宿主体内存活,许多细菌已经设计出重新内化这些肽聚糖片段的机制,该过程称为肽聚糖再循环。然而,尽管其在使细菌远离宿主雷达方面的价值毋庸置疑,但肽聚糖的回收并非仅在感染过程中发生,因此,这一过程的真正生物学意义对于微生物学家而言仍然是个谜。

瑞典分子感染医学(MIMS)的费利佩·卡瓦(Felipe Cava)的研究小组使用霍乱病原体霍乱弧菌作为实验模型,研究了肽聚糖回收途径背后的遗传学和生理学。这项研究是与TobiasDörr(美国康奈尔大学)和Matthew K. Waldor(美国哈佛医学院)合作进行的,研究结果已于4月28日发表在《细胞报告》杂志上。

科学家们发现肽聚糖的回收与合成之间存在着未被察觉的联系,以促进最佳的细胞壁组装和组成。

肽聚糖的再循环途径在细菌中被广泛保留,但是这个过程似乎不是必需的,并且它对细菌的生物学重要性还没有被很好地理解。

“我们的实验室发现,肽聚糖回收途径的意外中间产物的积累能够调节细胞壁的合成和结构;因此,我们的工作为肽聚糖回收与从头生物合成途径之间的交叉提供了新的见解,研究负责人费利佩·卡瓦(Felipe Cava)解释说。

肽聚糖的回收是通过一系列酶促步骤完成的,其中将重新内在化的多聚肽分解成较小的片段。该过程中的关键步骤是通过L,D-羧肽酶来进行的,这些酶可以去除多肽的末端D-氨基酸。Cava实验室发现,这些酶代表肽聚糖回收与肽聚糖合成之间的“对照检查点”。

“几年前,我们的实验室与其他同事一起发现,霍乱弧菌能够产生一组不寻常的氨基酸(称为“非经典D-氨基酸”),例如D -蛋氨酸在这项研究中,我们发现用这些非经典D-氨基酸修饰的多聚肽被LD-羧肽酶的回收利用不良,从而诱导了中间体的积聚,这些中间体在调节细胞壁的合成和结构中起着不可预见的作用, 进行这项研究的博士后研究员SaraHernández解释说。

除了在调节细胞壁合成和结构中的作用外,已知胞外肽聚糖片段是先天免疫,器官发育和行为的重要信号。

“尽管大部分肽聚糖片段都可以回收再利用,但在某些条件下细菌可以将其释放到环境中。重要的是,考虑与非经典D-氨基酸修饰的肽聚糖片段是否在不同的国间信号传导中传达了独特的信息。会分解成具有常规化学成分的碎片。”研究负责人Felipe Cava解释说。

“此外,在微生物生态学中,我们的发现表明修饰的多聚肽释放到环境中可以介导种间肽聚糖的交叉调节。这种调节是否可以促进合作或竞争行为,这是今后需要研究的结论。”费利佩·卡瓦(Felipe Cava)。

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