科學(xué)家發(fā)現(xiàn)細菌如何利用液態(tài)蛋白質(zhì)液滴來克服壓力

科學(xué)家們已經(jīng)揭示了細菌如何利用蛋白質(zhì)制造微小的液滴，以幫助它們在惡劣的環(huán)境中生存，從而減少它們被抗生素殺死的機會。

該研究揭示了 aggresomes(由幾種不同蛋白質(zhì)組裝而成的微小液滴)如何隨著細菌承受的壓力增加而形成，并且這些細菌可以形成更成功地承受這些壓力的 aggresomes。

由約克大學(xué)和北京大學(xué)的科學(xué)家共同領(lǐng)導(dǎo)的研究小組發(fā)現(xiàn)，環(huán)境壓力與降低細菌內(nèi)一種叫做 ATP 的化學(xué)物質(zhì)(被稱為“細胞能量的通用貨幣”)的水平有關(guān)。據(jù)認(rèn)為，這種減少可能會影響關(guān)鍵細胞蛋白質(zhì)的溶解度，這些蛋白質(zhì)促使它們組裝成液滴。

這項研究可能有助于解開某些類型的細菌如何既能在抗生素的長期治療中存活下來的謎團，又能通過改變它們的基因來增加對抗生素形成完全抗性的可能性。

通過使用先進的光學(xué)顯微鏡和計算模型，研究人員表明，“液-液相分離”的物理學(xué)可以解釋液滴的形成。

科學(xué)家們說，溶液中分子之間的吸引力驅(qū)使它們在一起形成半穩(wěn)定的組裝體，這些組裝體具有有趣的液體特性，并且在聚合體的情況下，包含多達數(shù)百個不同蛋白質(zhì)的分子。aggresome 內(nèi)的分子像在任何液體中一樣保持自由移動，并與 aggresome 外的其他分子進行周轉(zhuǎn)。

通過將蛋白質(zhì)組裝成對核心細胞過程至關(guān)重要的液滴，細菌可以在細胞關(guān)閉的壓力期間有效地將它們儲存起來，在有害環(huán)境消退時保持它們的安全，同時幫助細胞再次恢復(fù)。

該研究的共同主要作者、約克大學(xué)物理系和生物學(xué)系的Mark Leake 教授說：“我們的研究表明，細菌中的聚集體是高度動態(tài)的結(jié)構(gòu);它們就是我們所說的“細胞器”，但它們在外部缺乏那種膜，而我們通常會在更深入研究的細胞器中找到這種膜，例如我們自己細胞內(nèi)的細胞核。

“依賴更固定的結(jié)構(gòu)，如膜結(jié)合細胞器太慢了：它們不允許細菌對快速變化的環(huán)境做出足夠快的反應(yīng)，因為制造和破壞膜以及選擇允許進入的分子成分需要時間并退出。Aggresomes 通過根本不使用膜來克服這個問題。相反，值得注意的是，細菌已經(jīng)適應(yīng)了液體相分離的基本物理學(xué)，以幫助它們生存。”

來自生物物理學(xué)、微生物學(xué)、遺傳學(xué)、數(shù)學(xué)和計算機科學(xué)等多個學(xué)科的國際研究人員團隊為這項研究做出了貢獻。

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