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科学家发现弯曲的,会导致胃癌的细菌如何保持其形状

干扰幽门螺杆菌的形状可以防止其损害人类健康

Peer-Reviewed Publication

Fred Hutchinson Cancer Research Center

Rendering of <em>H. pylori</em>

image: A rendering of an <em>H. pylori</em> cell shows the curve of the organism. Display of the cell surface as triangular meshwork (left), surface curvatures (middle), and cell wall labeling (right). In the background are microscope images of individual <em>H. pylori</em> cells with the protein CcmA in yellow. view more 

Credit: Jennifer Taylor / Fred Hutchinson Cancer Research Center

一项新的研究表明普通的胃细菌如何在生长过程中保持其类似螺旋开瓶器的形状。通过 破坏其形状可能为将来开发防止细菌侵害的更有针对性的抗生素指明道路。

西雅图的弗雷德·哈钦森癌症研究中心的科学家将上述研究于1月9日发表在eLife上,该研究表明幽门螺杆菌可通过控制弯曲形细菌的相对侧的细胞壁合成来维持其螺旋形状。该研究小组确定了两种蛋白质,MreB和CcmA,其能在正确的区域平衡细胞壁的产生。

负责这项研究的弗雷德·哈钦森的细菌学家尼娜·萨拉玛(Nina Salama)博士说:“就幽门螺杆菌而言,形状是其作为病原体成功的关键。” “在我们的最新研究中,我们首次显示了两种蛋白质如何使细菌呈扭曲状,如果没有这些蛋白质,幽门螺杆菌将无法起作用。”

萨拉玛是弗雷德·哈钦森的人类生物学和公共卫生科学部门的研究人员。她的团队率先证明了幽门螺杆菌的类似螺旋开瓶器的形状对其感染宿主的能力有多么重要。其独特的形状能帮助它在胃粘液中游动并引起会引发溃疡和胃癌的感染。

萨拉玛说:“我们的最新发现向了解幽门螺杆菌如何保持其形状,以及如何设计对其引起的感染更具有针对性的抗生素,迈出了重要的一步。”

幽门螺杆菌感染约一半的世界人口。 该细菌会进入胃的粘液层并引起长期炎症,它可以引发溃疡和胃癌。 胃癌是全世界,特别是在亚洲国家,癌症相关死亡的第三大原因。

细菌的形状取决于其细胞壁的形状,而细胞壁是一个坚固而且灵活的网状结构,其中包含细胞内含物。 但是幽门螺杆菌是如何使其自身呈螺旋形的? 这是eLife论文的第一作者,萨拉马实验室的研究生詹妮弗·泰勒(Jennifer Taylor)进行探索的一个基本问题。

她说:“细菌在保持其自身形状上付出了很多努力。” “对细菌如何形成其形状,甚至在生长和分裂时也能保持其形状等问题的更深入的了解,可能会促使开发出更多具有细胞壁攻击性的抗生素。”

泰勒研究了幽门螺杆菌的多种细胞壁构建机制,以弄清其用于构建形状的策略。 实验结果显示,两种蛋白质可以协调其生长: - MreB:这是一种杆状蛋白,细菌用它来指导其细胞壁的构建;现在已知这种蛋白可以在其它细菌物种中帮助平整细胞壁凹陷。 MreB有助于维持幽门螺杆菌的被研究人员称之为“负”曲线的一侧,也就是其两端之间较短的那一侧。 - CcmA:它通过在细胞的另一侧(较长的“正”曲线侧)上引导细胞壁的构建来平衡MreB的细胞壁构建活动。

研究人员还发现,具有缺陷CcmA的幽门螺杆菌细胞只能形成一种更柔和的曲线,这表明破坏CcmA蛋白有助于减弱细菌的伤害。

虽然幽门螺杆菌是很微小的生物,但相对于设定其形状模式的分子而言仍然很大。 它的形状不仅可以帮助科学家在显微镜下发现幽门螺杆菌; 其螺旋开瓶器的形状对于其逃避胃酸并通过在胃粘液层中游动来长期固定的能力也至关重要。

抗生素已经可以通过消灭幽门螺杆菌来帮助预防胃癌和溃疡 --- 但它们有一些缺点。

萨拉玛说:“其中一些针对细胞壁的抗生素会杀死许多其它种类的细菌。”“我们研究的目标之一就是发现一种特别针对幽门螺杆菌的有效方法。 我们可以将它的特殊形状作为目标,以创造一种更具有针对性和特异性的抗生素。”

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他们现在的目光不再局限于如何产生细胞壁,而是如何随着时间的推移来构造和改变细胞壁,以及细胞形状如何有助于幽门螺杆菌在胃中定居和生存的能力;其是否对该细菌扎根于胃中最重要?或者其在帮助细菌保持慢性感染中起着重要作用?

美国国立卫生研究院,国家科学基金会和国防部资助了这项研究。

备注:为这些发现做出贡献的弗雷德·哈钦森癌症研究中心及其科学家可能会从其商业化中受益。


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