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科学家们确定了链霉菌的发育开关

  科学家们确定了链霉菌的发育开关

  2014年8月30日

  科学家已经确定了链霉菌的发育开关,这是一组土壤微生物,产生超过世界上三分之二的天然抗生素药物。

  他们现在的希望是看是否有可能操纵这种转换,使自然抗生素工厂更有效率。

  该研究于8月28日出现在Cell上,研究发现,一种叫做环二-GMP的小分子和一种叫做BldD的大蛋白之间的独特相互作用,最终会控制一种细菌是否在植物人的状态下度过,或者是否忙于制造抗生素。

  研究人员发现,小分子组装成一种分子胶,将两个拷贝的BldD连接成一个可以调节革兰氏阳性细菌链霉菌发育的粘性单位。

  “几十年来,科学家们一直想知道是什么能够阻止链霉菌的发育转变,从而关闭正常生长并开始出现多细胞分化的不寻常过程,在此过程中它会产生抗生素”。杜克大学医学院生物化学副教授Maria A. Schumacher博士说。 “现在我们不仅知道cycl-di-GMP是负责任的,而且我们也确切知道它如何与蛋白质BldD相互作用以激活其功能。”

  链霉菌具有复杂的生命周期,具有两个不同的阶段:分裂,营养阶段和独特的阶段,其中细菌形成线状细丝网络以咀嚼有机碎片并产生抗生素和其他代谢物。在第二阶段结束时,细菌形成丝状分支,其延伸到空气中以产生螺旋形孢子塔。

  1998年,研究人员发现了一种基因,可以保持培养的链霉菌细菌在其表面形成这些螺旋状的绒毛塔。他们发现这个基因,他们命名为BldD以反映这种“秃头”。外观,也影响了抗生素的生产。

  随后的研究表明,BldD是一种特殊的蛋白质,称为转录因子,是一种主要调节因子,可以结合DNA并打开或关闭超过一百个基因来控制孢子形成等生物过程。但是经过十多年的调查,没有人能够识别手术背后的大脑,这种分子最终控制着链霉菌中的这种主要调节因子。

  相关故事抗生素抗性超级细菌已达到北极教育干预,中国医生减少不必要的抗生素处方研究揭示了抗生素抗性基因如何在细菌之间转移。英国约翰英思中心的科学家 - 大部分对链霉菌的研究开始了 - - 发现小分子环二-GMP由BldD调节的几种转录因子产生。研究人员做了一个快速测试,看看这个小分子本身是否会与BldD结合,并且惊讶地发现它确实存在。他们联系了长期合作者Schumacher和Richard G. Brennan博士。

   在杜克看看他们是否可以仔细研究这一重要的互动。

  Duke团队使用一种称为X射线晶体学的工具来创建BldD-(环 - 二 - GMP)复合物的原子级三维结构。

  BldD通常作为单个分子或单体存在,但是当它是时候结合DNA并抑制孢子形成时,它与另一个自身的副本合作完成这项工作。研究人员建立的三维结构显示,这两个BldD副本从未物理接触过,而是由四个环-di-GMP副本粘在一起。

  “我们已经浏览了蛋白质数据库并搜索了我们的记忆,但这一发现似乎是独一无二的,”布伦南说,他是杜克大学医学院的生物化学教授和教授。 “在两种单体成为功能性二聚体之前,我们从未见过一种结构,除了一种小分子胶外,它们之间没有直接的相互作用。”

  为了证实他们的发现,舒马赫确定了来自不同风味细菌(S.委内瑞拉和S.coelicolor)的几种晶体结构,并且每次都得出相同的异常结果。

  现在,研究人员知道循环-GMP和BldD如何粘合在一起以关闭孢子形成并开启抗生素生产,他们想知道复合物如何再次脱胶以反转开关。

  资料来源:杜克大学

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