Sci:揭示免疫系统如何识别入侵的病原菌 识不变鞭毛蛋白

邓文龙

Science：揭示免疫系统如何识别入侵的病原菌

细菌不能够仅通过让鞭毛蛋白发生微小的改变来躲避免疫系统。可能让细菌躲避检测的更大变化会干扰它们的运动  识不变鞭毛蛋白

来源：本站原创 2017-11-18 11:21

图片来自Nicole Haloupek/UC Berkeley。

2017年11月18日/生物谷BIOON/---人体的安检机构比任何机场安检处更加周密。如今，在一项新的研究中，来自美国加州大学伯克利分校和西班牙最高科研理事会（Consejo Superior de Investigaciones Cientificas, 简称CSIC）瑞卡索拉诺物理化学研究所（Rocasolano Physical Chemistry Institute）的研究人员首次观察到一种小鼠免疫系统蛋白搜查入侵细菌的鞭毛蛋白。这种搜查力度比科学家们想象中的更加广泛：与人体中相类似的是，这种免疫系统蛋白以六种不同的方式扫描这种细菌蛋白，从而确保正确的识别。相关研究结果发表在2017年11月17日的Science期刊上，论文标题为“The structural basis of flagellin detection by NAIP5: A strategy to limit pathogen immune evasion”。

加州大学伯克利分校结构生物学家、霍华德-休斯医学研究所研究员Eva Nogales说，“这是非常令人吃惊的。这种免疫系统蛋白使用许多蛋白片段，包括一些之前功能未知的片段。”

这一发现揭示出免疫系统用来识别入侵宿主细胞的病原体的一个基础过程的细节。这项研究也有助解释为何某些细菌---如人类病原菌沙门氏菌、假单胞菌和军团菌---很难躲避免疫系统检测。

一项跨学科的国际合作允许科学家们亲眼目睹这种病原菌检测系统。霍华德-休斯医学研究所研究员Russell Vance一直在研究免疫系统中的NLR蛋白超家族。植物和动物利用这种蛋白超家族检测侵入到细胞中的病原菌。他想要观察这样的一种被称作NAIP5的蛋白，这是因为它搜查了致病性细菌嗜肺军团菌（Legionella pneumophila）释放的鞭毛蛋白片段。早前的遗传学研究已鉴定出NAIP5在宿主抵抗军团菌中发挥着重要的作用，而且Vance团队想要更加仔细地研究一下。因此，作为他的实验室中的一名研究生，Jeannette Tenthorey与Nogales实验室的研究生Nicole Haloupek合作开展研究。他们利用一种最先进的被称作低温电镜技术（cryo-EM）的成像技术可视化观察这些蛋白。

利用cryo-EM，科学家们对蛋白溶液进行混合，将它冻存起来，随后利用电子束照射它。这些电子撞击蛋白时会发生散射，随后穿过透镜进入检测器中。从产生的这些图片当中，科学家们能够构建出详细的三维蛋白结构。

其他的科学家们之前尝试过获得蛋白NAIP5搜查细菌鞭毛时的结构图片。但是这些图片缺乏关于这种蛋白的哪些部分接触这种细菌鞭毛的重要细节。为了解决这个问题，Nogales和Vance使用了瑞卡索拉诺物理化学研究所研究人员的计算机建模专门技能。

这些研究人员发现NAIP5对细菌的鞭毛进行深入的搜查。很多致病细菌利用鞭毛进行运动。Vance说，“这是一种非常有效的免疫反应。它有助我们理解为何病原菌不能够仅通过发生突变就能躲避免疫检测。”

他解释道，细菌不能够仅通过让鞭毛蛋白发生微小的改变来躲避免疫系统。可能让细菌躲避检测的更大变化会干扰它们的运动。

这些研究人员通过构建出军团菌的突变菌株并且让它们接触免疫系统蛋白来测试了这一想法。足够确信的是，让军团菌鞭毛蛋白发生微小的突变并不足以欺骗NAIP5。但是更多的重要突变会如此之大地干扰这种细菌的菌毛以至于这种细菌在运动时存在困难。

Vance说，免疫系统的强力搜查提示着在采取措施之前，它会仔细地鉴定出威胁。在获得这种细菌鞭毛蛋白片段之后，这种免疫系统蛋白招募第二种蛋白，从而形成一种被称作炎性体的复合体。第二种蛋白随后发挥出宿主已遭受入侵的警报，从而触发最终导致一种戏剧性的细胞死亡的事件。

Vance说，“细胞直接爆裂。”他说，如果细菌试图在宿主细胞中站稳脚跟，那么这种戏剧性的被称作细胞焦亡（pyroptosis）的细胞死亡是一件好事，但是如果它经常发生的话，那么一连串事件会引发疾病。他说，这就是免疫系统如此周密搜查和这种免疫反应对细菌鞭毛是高度特异性的如此重要的原因。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Jeannette L. Tenthorey, Nicole Haloupek, José Ramón López-Blanco et al. The structural basis of flagellin detection by NAIP5: A strategy to limit pathogen immune evasion. Science, 17 Nov 2017, 358(6365):888-893, doi:10.1126/science.aao1140

http://science.sciencemag.org/content/358/6365/888

http://news.bioon.com/article/6713133.html



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