新技術揭示細菌如何完成這項挑戰性任務

沙門氏菌屬或耶爾森氏菌屬的致病細菌可以使用微小的注射裝置將有害蛋白質注射到宿主細胞中，從而使感染者感到不適。然而，研究人員分析了這些所謂的III型分泌系統(也稱為“注射體（injectisomes）”)的注射機制，它們的作用并不僅僅是為了控制疾病。

如果完全了解這種注射體的結構和功能，研究人員就將能夠利用它，將特定的藥物輸送到細胞中，比如癌細胞。事實上，注射體的結構已經被闡明。然而，目前尚不清楚細菌是如何裝載它們的注射器，從而在正確的時間注射正確的蛋白質。

注射體移動部件尋找蛋白質

由馬普陸地微生物研究所的Andreas Diepold和波恩大學的Ulrike Endesfelder領導的一個科學家小組現在已經解答了這個問題：注射體的移動成分在細菌細胞中梳理，尋找要注射的蛋白質，即所謂的效應物。當它們遇到效應物時，會像穿梭巴士一樣將效應物運送到注射針頭的入口處。

該研究的**作者、博士后研究員Stephan Wimmi解釋說:“細胞質中分選平臺的蛋白質如何與效應物結合，并將貨物運送到膜結合注射體的出口門，這與貨運站的過程類似。”“我們認為這種穿梭機制有助于同時提高注射效率和特異性，畢竟，細菌必須快速注射正確的蛋白質，避免被免疫系統識別和消除。”

為了深入了解注射體的重要加載機制，研究人員不得不應用新技術。馬克斯普朗克研究所(Max Planck Institute)研究小組負責人Andreas Diepold解釋說:“通常用于檢測蛋白質相互結合的傳統方法無法回答這個問題——可能是因為效應物只結合很短的時間，然后立即注入了。這就是為什么我們必須在活細菌中原位分析這種結合。”

“為了測量這些短暫的相互作用，我們使用了兩種在活細胞中工作的新方法，鄰近標記技術（Proximity labeling, PL）和單顆粒示蹤 (Single particle tracking,SPT)，”Ulrike Endesfelder補充說。

Endesfelder小組在三個不同的地方進行這項研究：馬克斯普朗克研究所，美國賓夕法尼亞州匹茲堡的卡諾基梅隆大學和波恩大學。鄰近標記技術是一種蛋白質像畫筆一樣標記它的近鄰，使研究人員能夠證明細菌中的效應物與移動注射成分結合在一起。

這種方法結合單顆粒示蹤技術進行了更詳細的研究，后者是一種高分辨率顯微鏡方法，可以跟蹤細胞中的單個蛋白質。研究小組將這些方法稱為 "原位生物化學"，即現場生物化學研究，它們使這一突破成為可能。

研究人員接下來想用他們的方法來研究細菌引起感染的其他機制。

Andreas Diepold說:“我們對細菌在感染過程中如何使用這些系統了解得越多，我們就越能理解我們如何影響它們——無論是預防感染還是修改這些系統，以便在醫學或生物技術領域使用它們。”

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