鼠疫、細(xì)菌性痢疾和霍亂都有一個(gè)共同點(diǎn)：這些危險(xiǎn)的疾病都是由細(xì)菌所引起，細(xì)菌利用一種復(fù)雜的注射裝置來(lái)感染它們的宿主。通過(guò)這些針狀結(jié)構(gòu)，它們將分子物質(zhì)釋放到宿主細(xì)胞中，從而逃逸免疫反應(yīng)。

近日來(lái)自德國(guó)馬克斯•普朗克生物物理化學(xué)研究院的研究人員與馬克斯•普朗克感染生物學(xué)研究所及美國(guó)華盛頓大學(xué)的的同事展開(kāi)合作，以原子分辨率闡明了這種針狀裝置的結(jié)構(gòu)。他們的研究發(fā)現(xiàn)有可能推動(dòng)藥物制造以及特異性預(yù)防感染過(guò)程的新策略開(kāi)發(fā)。相關(guān)論文發(fā)布在《自然》（Nature）雜志上。
數(shù)以百計(jì)的微小空心針從細(xì)菌細(xì)胞膜伸出——它是一種危險(xiǎn)的工具可使得病原體引起鼠疫或霍亂。連同底部一起嵌入細(xì)胞膜中，這些微型注射器構(gòu)成了所謂的III型分泌系統(tǒng)——通過(guò)這一注射裝置病原體將分子物質(zhì)注入到它們的宿主細(xì)胞中。在宿主細(xì)胞中這些物質(zhì)操縱重要的代謝過(guò)程，使得免疫系統(tǒng)無(wú)法確定感染細(xì)胞。后果是相當(dāng)嚴(yán)重的因?yàn)檫@使得病原體可以無(wú)障礙在生物體中傳播。迄今為止，醫(yī)生通常都是采用處方常規(guī)抗生素的方法來(lái)對(duì)抗感染。然而隨著一些細(xì)菌株成功地形成耐藥，*的研究人員正尋求發(fā)現(xiàn)更具特異性的藥物。

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目前對(duì)于這一長(zhǎng)約60-80納米，寬為8納米的針狀裝置的結(jié)構(gòu)還不是很清楚。經(jīng)典的方法例如X射線晶體學(xué)或電子顯微鏡均不能或是會(huì)生成錯(cuò)誤的模型結(jié)構(gòu)。具有不可結(jié)晶和不溶性，這一針狀裝置使得所有解碼它原子結(jié)構(gòu)的嘗試zui終失敗。因此馬克斯•普朗克生物物理化學(xué)研究院的Adam Lange 和 Stefan Becker與一批物理學(xué)家、生物學(xué)家和化學(xué)家一起選擇了一種全新的方法。與華盛頓大學(xué)的David Baker和馬克斯•普朗克感染生物學(xué)研究所的Michael Kolbe合作，科學(xué)家們成功地將實(shí)驗(yàn)室生成的針狀裝置與固態(tài)核磁共振光譜學(xué)、電子顯微鏡和計(jì)算機(jī)模擬相結(jié)合。研究人員逐個(gè)原子破譯了針狀裝置的結(jié)構(gòu)，以埃分辨率顯示了分子結(jié)構(gòu)圖像。
這需要幾個(gè)領(lǐng)域的共同進(jìn)展。Adam Lange 說(shuō)：“我們已經(jīng)在樣品制造和固體磁共振光譜學(xué)上取得了很大的進(jìn)展。zui后，我們還利用了我們研究所Christian Griesinger教授磁共振結(jié)構(gòu)生物學(xué)系當(dāng)前功能zui強(qiáng)大的固態(tài)磁共振波譜儀。”

Lange說(shuō)：“我們驚訝于看到的針狀裝置構(gòu)造。”如所預(yù)料的一樣，可引起各種不同疾病例如食物中毒、細(xì)菌性痢疾或鼠疫的病原體的針狀裝置顯示了驚人的相似性。然而與之前假設(shè)相反的是，這些相似性被發(fā)現(xiàn)存在于針狀裝置的內(nèi)部，而它們的表面卻顯示驚人的差異。根據(jù)科學(xué)家們所說(shuō)，這種差異性有可能是細(xì)菌逃逸宿主免疫識(shí)別的一種策略。針狀裝置表面的改變使得宿主免疫系統(tǒng)難于識(shí)別病原體。
科學(xué)家Lange、 Kolbe、Becker和他們的同事Christian Griesinger 與 Arturo Zychlinsky側(cè)重研究這種細(xì)菌注射裝置已有數(shù)年。他們與德國(guó)聯(lián)邦材料試驗(yàn)研究院一起在2010年揭示了細(xì)菌組裝它們的微型注射器的機(jī)制。發(fā)現(xiàn)原子分辨率的結(jié)構(gòu)不僅使研究人員獲得了對(duì)于這些病原體欺瞞宿主細(xì)胞機(jī)制的新認(rèn)識(shí)，它還提供了展望利用定制分子阻斷這一注射器裝配及細(xì)菌因子的傳遞。這種抗感染藥相比于常規(guī)的抗生素能夠更特異和更輕易地在感染過(guò)程中發(fā)揮作用。“有了我們的新技術(shù)，我們能夠在實(shí)驗(yàn)室生成大量的針狀裝置?，F(xiàn)在我們的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)一種出高通量的方法。這將使得我們尋找到新的藥物來(lái)防止這一針狀裝置的形成，”Stefan Becker解釋說(shuō)。

來(lái)源：生物通