細菌細胞壁的成分和致命弱點

為了生長和分裂，細菌的細胞壁必須不斷地重塑。這涉及到裂解酶和肽聚糖合成的密切配合。由馬克斯·普朗克陸地微生物研究所的馬克斯·普朗克研究員和馬爾堡大學微生物學教授Martin Thanbichler領導的研究小組已經著手揭開這種自溶機制的組成和功能。他們的研究重點是新月形細菌新月形桿菌，這種細菌存在于淡水環境中，被廣泛用作研究細菌基本細胞過程的模式生物。

在進化過程中，細胞已經發展出一系列的策略來加強它們的包膜以抵抗內部滲透壓，從而使它們能夠在各種不同的環境中生長。大多數細菌在細胞質膜周圍合成半剛性細胞壁，其主要成分肽聚糖形成致密的網狀結構包裹細胞。除了具有保護作用外，細胞壁還可以產生特定的細胞形狀，如球體、棒狀或螺旋狀，從而促進運動性、表面定植和致病性。

細胞壁的存在帶來了自身的挑戰:細胞必須不斷地改造它才能生長和分裂。要做到這一點，他們必須非常小心地在墻壁上制造裂縫，讓它膨脹和變化，同時迅速用新材料修補裂縫，以防止它坍塌。這種細胞壁重塑過程包括裂解酶(也稱為自溶酶)裂解鍵，以及肽聚糖合成酶隨后插入新的細胞壁材料。這兩個拮抗蛋白群的活性必須緊密協調，以防止肽聚糖層的薄弱環節導致細胞裂解和死亡。

Thanbichler說，研究自溶素的功能是一項具有挑戰性的任務。“雖然我們對合成機制了解很多，但自溶素被證明是一個棘手的問題。”Thanbichler團隊的博士后研究員Maria Billini補充說:“細菌通常含有許多類型的自溶素，它們來自不同的酶家族，具有不同的目標。這意味著這些蛋白質是高度冗余的，而單個自溶素基因的缺失通常對細胞形態和生長幾乎沒有影響。”

通過共免疫沉淀篩選和體外蛋白-蛋白相互作用試驗對潛在的自溶素調節因子進行分析，發現一種稱為DipM的因子在細菌細胞壁重塑中起關鍵作用。這種關鍵的調節因子是一種可溶性的質周蛋白，令人驚訝地與幾種自溶素以及細胞分裂因子相互作用，顯示出這種類型的調節因子以前未知的混雜性。DipM能夠刺激兩種活性和折疊完全不同的肽聚糖切割酶的活性，使其成為**個可以控制兩類自溶酶的調節劑。值得注意的是，結果還表明，DipM使用單個接口與各種目標相互作用。

該研究的**作者、博士生阿德里安·伊茲基多·馬丁內斯說:“DipM的破壞會導致細胞壁重塑和分裂過程中各個環節的調節喪失，并最終殺死細胞。”“因此，它作為自溶素活性協調者的適當功能，對月牙草正常的細胞形狀維持和細胞分裂至關重要。”

DipM的綜合表征揭示了一個新的相互作用網絡，包括一個自我加強的環，該環將裂解轉糖基化酶和可能的其他自溶酶連接到C. cres centus的細胞分裂裝置的核心，很可能也連接到其他細菌。因此，DipM協調了一個復雜的自溶素網絡，其拓撲結構與先前研究的自溶素系統有很大不同。Martin Thanbichler指出:“對這種多酶調節劑的研究不僅幫助我們了解細胞壁是如何對細胞或環境的變化做出反應的，它的功能障礙會同時影響細胞壁相關的幾個過程。它還有助于開發新的治療策略，通過同時破壞幾種自溶途徑來對抗細菌。”

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