Sci:病原菌粘附蛋白的极端机械稳定性机制 非共价氢键强

邓文龙

Science：揭示病原菌粘附蛋白的极端机械稳定性机制

粘附蛋白与它的配体形成一种致密的非共价氢键网络  这种结构能够承受极端的压力，这是因为为了让这个复合物降解，所有的氢键必须立即断开

2018-03-31 16:52

2018年3月31日/生物谷BIOON/---在一项新的研究中，来自德国慕尼黑大学的研究人员描述了能够让一种广泛分布的细菌性病原体粘附到它的人类宿主组织上的物理机制。相关研究结果发表在2018年3月30日的Science期刊上，论文标题为“Molecular mechanism of extreme mechanostability in a pathogen adhesin”。



这张图片展示了葡萄球菌粘附蛋白（绿色）如何与它的肽配体（红色）发生相互作用。图片来自H. Gaub/LMU Munich。

细菌性病原体进化出高度有效的策略，从而使得它们能够粘附到它们的宿主组织中的靶细胞和壁龛（niche）上。正如这项新研究所证实的那样，它们甚至使用了相对陌生的物理原理。 通过与来自美国伊利诺伊大学厄巴纳香槟分校的研究人员合作，慕尼黑大学物理系的Lukas Milles和Hermann Gaub发现了允许表皮葡萄球菌（Staphyloccus epidermidis）牢固结合到宿主组织上的机制。确实，他们不仅鉴定出这种相互作用（即粘附作用）的物理基础，而且还以前所未有的细节描述了这种粘附机制。

这一壮举是通过这项研究中使用的一种新的双管齐下方法实现的。这些研究人员利用原子力显微镜在体外的单分子水平上测量了一种葡萄球菌粘附蛋白（来自表皮葡萄球菌的SdrG）与它的配体（纤维蛋白原β）之间的结合力，并且在一台特别强大的超级计算机的帮助下，通过电脑模拟（in silico）计算了参与这种相互作用的所有原子作出的贡献。Gaub指出，“这种新的研究方法产生了之前无法获得的见解。为了分析这种粘附机制，这台位于伊利诺斯大学的具有90万个处理器的蓝水超级计算机进行了详细的分子动力学模拟。这种粘附强度让这些研究人员感到吃惊。Gaub说，“让单个复合物（即SdrG和纤维蛋白原β结合在一起时形成的复合物）中的各个组分保持在一起的机械结合力超过2纳牛顿（nN）。相对于原子之间形成的共价键强度（我们所知道的最为稳定的分子键），这对非共价键相互作用来说是一个比较大的数值。”

这项研究表明鉴于这种相互作用的几何性质，这种粘附蛋白与它的配体形成一种致密的非共价氢键网络。此外，由组成这种粘附蛋白的重复骨架的肽键调控这种网络，但是区分它的氨基酸亚基的可变侧链并不调控这种网络。所涉及的大量局部相互作用导致每个氢键变得坚固。 Milles解释道，“这种结构能够承受极端的压力，这是因为为了让这个复合物降解，所有的氢键必须立即断开”。Gaub说，“这种细菌使用了一种非常不寻常的机制，这种机制是非常复杂的，而且也是高度有效的，从而赋予这种细菌一种决定性优势。”鉴于这种机制建立在这些发生相互作用的分子的肽骨架的基础之上，这种稳定性水平能够通过与一系列靶标发生相互作用而加以实现。换句话说，这种相互作用的极高机械强度很大程度上与这种粘附蛋白的氨基酸序列和它的靶肽的生化性质无关。

葡萄球菌导致动物和人类遭受一系列感染。Gaub说，“致病性细菌非常持久性地结合到位于宿主细胞表面的靶分子上，这是这种粘附作用在物理原理上的基础。在寻找阻止侵入性感染的方法时，更好地理解所涉及的物理原理是至关重要的。”因此，这项新研究为开发用于治疗葡萄球菌感染的新疗法奠定了基础。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Lukas F. Milles, Klaus Schulten, Hermann E. Gaub et al. Molecular mechanism of extreme mechanostability in a pathogen adhesin. Science, 30 Mar 2018, 359(6383):1527-1533, doi:10.1126/science.aar2094
http://science.sciencemag.org/content/359/6383/1527

Philippe Herman-Bausier, Yves F. Dufrêne. Force matters in hospital-acquired infections. Science, 30 Mar 2018, 359(6383):1464-1465, doi:10.1126/science.aat3764
http://science.sciencemag.org/content/359/6383/1464

http://news.bioon.com/article/6719841.html



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邓文龙

细菌会像“粘扣”黏附宿主细胞

来源：中国科学报 2018-04-04 14:17

一项国际研究发现，细菌性病原体已进化出了高效的生存策略，它们会像衣服上的尼龙“粘扣”那样，牢牢黏附到宿主细胞上。新发现将有助人们更好地应对细菌感染。

德国慕尼黑大学和美国伊利诺伊大学研究人员在新一期美国《科学》杂志上介绍说，表皮葡萄球菌会持久地黏附在宿主细胞上，为分析这种黏附机制，他们采用了“双管齐下”的方法：一方面通过原子力显微镜研究表皮葡萄球菌的黏附蛋白与其配体之间的结合力，另一方面借助超级计算机进行了详细的分子动力学模拟。结果发现，细菌的黏附蛋白与其配体之间强大的结合力“令人吃惊”。

研究发现，细菌的黏附蛋白与其配体形成了一种致密的非共价氢键网络，结构非常稳固，原理与“粘扣”类似，一边是很多小钩，另一边是很多小环，很难将其拉开。

研究人员说，新发现揭示了病菌黏附宿主细胞的物理学原理，这对防止细菌感染至关重要，有助开发新的抗菌疗法。(生物谷Bioon.com）

http://news.bioon.com/article/6720077.html