大腸桿菌是人和動(dòng)物腸道內(nèi)的一種寄生菌，是否致病主要看大腸桿菌的類(lèi)型。從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，大腸桿菌具有兩個(gè)截然不同的膜：內(nèi)膜和外膜。內(nèi)膜是磷脂雙分子層，而外膜是不對(duì)稱(chēng)的，單層磷脂形成內(nèi)表面，脂多糖（LPS）襯在外表面上。LPS可以保護(hù)大腸桿菌免受哺乳動(dòng)物宿主腸道中的抗生素傷害。磷脂與LPS的比例對(duì)于膜功能至關(guān)重要，LPS過(guò)多對(duì)內(nèi)膜有害，過(guò)少又會(huì)損害外膜。

長(zhǎng)期以來(lái)，負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)LPS生物合成的反饋信號(hào)一直是科學(xué)界的未解之謎，到底是LPS本身，還是其前體之一？現(xiàn)在，這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)有了答案。

8月12日，來(lái)自美國(guó)基因泰克公司的研究人員在《Nature》雜志上發(fā)表了他們的研究成果：內(nèi)膜蛋白PbgA就是人們苦苦尋找的LPS信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)子，它的消耗通過(guò)降低LPS的水平和外膜完整性來(lái)減弱大腸桿菌的毒性。

具體而言，研究人員首先證明了PbgA對(duì)于外膜完整性的重要性。他們發(fā)現(xiàn)，尿路致病性大腸桿菌pbgA缺失（ΔpgbA）菌株含有抑制突變，而在質(zhì)粒上重新引入pbgA后，大腸桿菌對(duì)血清和抗生素利福平的敏感性得到恢復(fù)，這表明pbgA必不可少。

PbgA對(duì)于外膜的完整性至關(guān)重要

值得注意的是，與先前PbgA充當(dāng)心磷脂轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的主張相反，本研究證明，PbgA與任何已知的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白均無(wú)關(guān)。接下來(lái)，研究人員利用一種稱(chēng)為X射線晶體學(xué)的技術(shù)，分析了1.9?ngstr?ms的PbgA結(jié)構(gòu)。他們發(fā)現(xiàn)，PbgA屬于一種酶家族，而全長(zhǎng)PbgA的結(jié)構(gòu)與EptA最相似——一種在LPS 17的脂質(zhì)A結(jié)構(gòu)域中添加磷脂衍生的分子修飾的蛋白質(zhì)。通過(guò)修飾這些磷酸基團(tuán)，EptA為細(xì)胞提供了對(duì)與脂質(zhì)A結(jié)合的抗生素（多粘菌素）的抗性。

PbgA結(jié)構(gòu)特征

研究人員還發(fā)現(xiàn)，PbgA通過(guò)接頭結(jié)構(gòu)域與脂質(zhì)A部分結(jié)合，而使用的氨基酸序列在任何其他LPS結(jié)合蛋白中均未見(jiàn)報(bào)道，該LPS結(jié)合基序中的突變會(huì)破壞PbgA功能。在最后一組實(shí)驗(yàn)中，研究人員證明了基于該序列的合成肽可以結(jié)合LPS并抑制多種革蘭氏陰性細(xì)菌（包括多粘菌素抗性菌株）的生長(zhǎng)。通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，他們改善了該肽的抗生素譜和效力。

PbgA的周質(zhì)脂質(zhì)A結(jié)合基序

最后，研究人員闡明了LPS如何控制自身合成：內(nèi)膜上的PbgA通過(guò)與LapB相互作用來(lái)調(diào)節(jié)抗菌酶LpxC的活性，LapB是一種指導(dǎo)酶FtsH降解LpxC的蛋白質(zhì)。因此，當(dāng)LPS水平較低時(shí)，PbgA會(huì)抑制內(nèi)膜中LapB和FtsH之間的相互作用，從而穩(wěn)定LpxC并促進(jìn)LPS生物合成；當(dāng)LPS分子的數(shù)量超過(guò)外膜的閾值時(shí)，LPS的傳輸就會(huì)停止。

PbgA檢測(cè)周質(zhì)LPS水平以調(diào)節(jié)LpxC穩(wěn)定性

總結(jié)來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)研究通過(guò)提供與LPS結(jié)合的蛋白質(zhì)的高分辨率結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展了我們對(duì)PbgA的理解，同時(shí)證明了PbgA是LPS信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)物。除了闡明細(xì)菌膜中顯著的脂質(zhì)平衡作用外，這項(xiàng)研究為開(kāi)發(fā)抗生素提供了新的見(jiàn)解。