《Nature子刊研究揭示了细菌细胞壁的一种新的保护机制》

  • 来源专题:生物育种
  • 编译者: 季雪婧
  • 发布时间:2024-10-09
  •     来自瑞典尤梅夫大学和美国康奈尔大学的研究人员发现了细菌中一种普遍存在的机制,可以增强细菌对环境威胁的防御能力。这一发现可能对开发新疗法的研究很重要,它展示了肽聚糖细胞壁上的一种特定交联模式如何抑制某些细胞壁降解酶的活性,从而保护细菌。

        细菌受到肽聚糖细胞壁的保护,这有助于它们抵御内部膨胀压力和外部损害,例如来自其他细菌和病毒的攻击。为了生长和保持强壮,细菌需要平衡的酶来构建和分解细胞壁。分解肽聚糖链的一种重要类型的酶是水解转糖酵素。然而,迄今为止,管理它们的监管机制仍然难以捉摸。

        这项研究由ume 大学Felipe Cava的实验室与纽约康奈尔大学的同事合作进行,揭示了细胞壁中一种特殊类型的交联,称为ld交联,抑制了裂解转糖酵素的活性。这有重大的生物学后果。例如,一些细菌利用这种酶释放细胞壁碎片来调节宿主的免疫系统。一些细菌和病毒也使用这种酶来杀死其他细菌。通过控制这些酶的活性,细菌可以潜在地保护自己免受免疫系统和其他细菌和病毒的攻击。“这一发现填补了在理解ld交联在细胞壁稳态中的作用方面的一个重要空白,”尤梅夫大学教授费利佩·卡瓦说。“我们已经证明,细菌可以通过细胞壁的单一结构修饰来提高它们对环境威胁的保护能力,包括噬菌体的攻击。”这一发现提供了对细菌细胞壁稳态的新见解,并为开发新的抗菌疗法开辟了潜在的途径。

  • 原文来源:http://www.ebiotrade.com/newsf/2024-9/20240927005020654.htm
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  • 《新研究揭示细菌自我保护机制》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:xxw
    • 发布时间:2019-08-08
    •  近日,来自英国伯明翰大学的一个研究团队对某些类型的细菌用于保护自己免受攻击的机制有了新的发现。   已知革兰氏阴性菌可以引起肺炎、霍乱、伤寒和大肠杆菌感染等疾病,以及许多医院获得性肺炎感染。这些病毒对抗生素的抗药性越来越强,部分原因是由于它们的构建方式。   革兰氏阴性细菌被双膜包围,形成了高效的保护性屏障,使细胞对抗生素的抵抗力大大增强。这两种膜的外层是由两种类型的分子组成——磷脂和脂多糖(LPS),它们处于独特且不对称结构中,膜外侧为LPS,内侧为磷脂。正是这种结构使得革兰氏阴性菌对抗生素具有特别的抗药性。   了解这些细菌如何形成这种外膜,可能会找到对抗细菌感染的新方法,因为这种膜对于细菌的存活至关重要。   伯明翰大学的研究团队最近在理解这一过程上迈进了一步,他们确定了磷脂分子向细胞膜运动的第一个机制。该研究结果近日已发表在Nature Microbiology上。 使用包括X射线结晶学和核磁共振在内的生物物理技术,该研究团队能够通过一系列蛋白质直接监测磷脂从内膜向外膜的运动,这些蛋白质形成了一种称为MLA的途径。此途径以前已被证明与疾病有关,但其确切功能尚不清楚。   这些结果提供了参与这些转运过程蛋白质机制的第一个证据,并开辟了将其作为抗生素开发靶点的可能性。   该研究通讯作者Timothy Knowles博士说:“我们多年来一直知道这些细菌含有两种膜,这有助于它们在更严酷的条件下生存,并提供更强的保护以抵御抗菌剂的攻击。更多地了解这些膜是如何形成和维持的,可能是开发新抗生素研究的关键部分。“
  • 《Nature:揭示PLSCR1是一种抵抗SARS-CoV-2感染的细胞自主防御因子》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2023-09-28
    • 本月早些时候,多国卫生部门证实,BA.2.86---一种导致 COVID-19 的高度变异的SARS-CoV-2病毒---有在世界各国迅速传播的风险。本周,最新的疫苗接种计划将在美国各地展开,但这一最新的疫苗接种计划是否能有效减缓 BA.2.86 或其他新病毒变种的传播仍有待观察。 不过,疫苗仍然是预防和减缓 COVID-19 传播的最有力的治疗工具。不过,在一项新的研究中,来自美国耶鲁大学的研究人员发现,肺部和其他非免疫组织细胞中的一种防御蛋白有朝一日可能会提供更多的治疗途径,尤其是对那些易受 COVID-19 严重感染的人群。相关研究结果近期发表在Nature期刊上,论文标题为“PLSCR1 is a cell-autonomous defence factor against SARS-CoV-2 infection”。 人类的免疫系统---一个由器官、蛋白和细胞组成的复杂网络---共同发挥作用,对病毒和细菌等外来入侵者做出保护性反应。当科学家们提到组成人体免疫系统的细胞时,他们传统上指的是源自骨髓的细胞,如 B 细胞、T 细胞、巨噬细胞和树突细胞。 但是实际上,人体的免疫系统并不是一个封闭的系统,而是渗透到我们生理的每一个部分。与骨髓关系不大或没有关系的细胞,如呼吸道或消化道的上皮细胞、肝脏中的肝细胞或大脑中传递信号的神经细胞,作为细胞自主先天免疫系统的一部分,也能在抗击病毒或其他病原体方面发挥重要作用。 与抗体不同,这些机制通常不会“记住”它们遇到的特定病原体,但它们可以对来自 T 细胞的指令作出反应,而 T 细胞确实具有免疫记忆。MacMicking和他的合作者了解到,与 SARS-CoV-2 的第一次接触通常发生在呼吸道内,因此他们想方设法触发肺上皮细胞与这种病毒作战,而不依赖于人体的抗体反应。 MacMicking说,“对 SARS-CoV-2 的保护性免疫不仅依赖于疫苗接种或感染过程中产生的抗体,还依赖于开启受感染细胞内的宿主防御蛋白来帮助控制感染。这种情况发生在全身各处:当然是在呼吸道中,但也发生在许多靶组织中。事实上,通常不被认为是免疫系统一部分的细胞往往会在免疫系统的指示下产生能直接抑制 SARS-CoV-2 的局部防御蛋白。” 抵御SARS-CoV-2 或其他病毒的疫苗是通过在人感染后产生能与这种病毒结合的中和抗体来发挥作用的。随着时间的推移,随着病毒的传播和变异,疫苗可能难以跟上逃避抗体中和的新毒株的出现。此外,就 COVID-19 而言,目前还不清楚为什么有些人会出现轻微的疾病症状,或者根本没有症状,而另一些人则会病入膏肓。 阻止复制的新途径 认识到这些挑战后,MacMicking和他的合作者对人类基因组进行了研究,寻找干扰 SARS-CoV-2 病毒在人体细胞(特别是呼吸道细胞)内复制的新途径。 这些作者发现,位于肺部和其他组织内部上的细胞表达一种名为磷脂爬行酶1 (phospholipid scramblase 1, PLSCR1) 的蛋白,这种蛋白能在这种病毒扩散到附近细胞之前阻止 SARS-CoV-2 的复制。这种蛋白在感染前就在细胞中表达,但当被干扰素(IFN)激活时,它就会开始有效地工作。这种局部细胞自主免疫在保护粘膜屏障和目标组织抵御致命病原体(包括导致肺结核、伤寒和艾滋病的病原体)方面发挥着重要作用。 有了这些知识,MacMicking 和他的团队开始研究是否可以利用细胞自主免疫来对抗 SARS-CoV-2。 MacMicking说,“科学家们对非典型免疫系统---源自骨髓外的细胞群体---以及它们在抵御感染方面所起的作用并不十分了解。我们的实验室正在努力增进人们对这些未被充分研究的细胞类型的了解,这些细胞历来不被认为是免疫系统的一部分。事实上,就像免疫细胞参与每个器官系统的平衡一样,情况也可能恰恰相反---每个器官的细胞都有助于免疫,包括直接抵御感染。” 除了帮助重新确定我们免疫系统的边界,MacMicking 和他的团队对 PLSCR1 的研究有朝一日还可能为治疗或预防 COVID-19 指出新的治疗策略。这类治疗方法可能与疫苗或其他基于抗体的疗法结合使用,尤其是针对那些对某些抗体类型有逃避作用的新型 SARS-CoV-2 毒株。 洛克菲勒大学病毒学教授Charles Rice说,“这是一项出色的研究成果,它让我们更深入地了解了细胞中的复杂防御机制,这些机制保护我们免受感染和疾病的侵害。对 PLSCR1 如何阻止 SARS-CoV-2 感染的更深入的机理理解,可能会为开发广泛有效的抗病毒药物提供新的角度。” MacMicking 和他的团队的研究结果还为对康复血浆或瑞德西韦治疗无效的严重 COVID-19 患者带来了希望。在这方面,试点研究已表明,IFN疗法可以提供另一种治疗途径。洛克菲勒大学的Jean-Laurent Casanova实验室此前的研究已表明,严重的COVID-19与携带抑制干扰素信号转导的基因突变的个体之间存在密切联系。 MacMicking说,“如果我们能找到在干扰素信号缺失的个体中开启PLCSR1基因的方法,或者完全绕过对这种信号的需求,那么它就可能成为思考针对SARS-CoV-2的新疗法干预措施的有用方法。此外,通过筛查患者的 PLSCR1 基因突变,医生有可能识别出出现严重 COVID-19 症状的高危人群。” 尽管 MacMicking 及其合作者的这些研究结果令人信服,但这只是寻找治疗 COVID-19 和其他病毒的新疗法的第一步。 这些作者面临的最大障碍之一是,IFN可以激活数百种不同的宿主防御蛋白,包括那些可能对 COVID-19 临床病程无益的蛋白。MacMicking说,“知道哪些蛋白有用,哪些蛋白无用,我们就能采取措施,开发出一种有可能模拟[PLSCR1]作用的小分子或药物,而不用表达IFN诱导的可能对宿主不利的蛋白。” 他补充说,他们的下一项任务是绘制这种蛋白的天然结构图。“一旦我们确切地知道了这种蛋白在原子水平下的样子,我们就能更好地预测它如何阻断SARS-CoV-2,从而设计出促进它的活性的药物。” 虽然这项新的研究主要着重关注SARS-CoV-2,但是它可能会对如何设计针对其他病毒的预防和治疗方法产生更广泛的影响。 MacMicking说,“就人类健康而言,我们没有那么多的抗病毒药物,这与细菌的情况不同,我们的抗生素储备历来要大得多。如今,我们的抗病毒药物主要包括疫苗、核苷或聚合酶抑制剂,但这些药物都有一定的局限性。” “考虑到这一点,[我们团队的]目标之一就是扩大我们抗病毒的能力。如果我们能够开始思考如何适当开启局部或组织驻留免疫,特别是其中涉及的抗病毒蛋白,那么我们就可以尝试设计化学物或药物,让我们更好地激活这些途径。” 参考资料: 1. Dijin Xu et al. PLSCR1 is a cell-autonomous defence factor against SARS-CoV-2 infection. Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-06322-y. 2. A Human Protein Found in Non-Immune Cells Defends Against COVID-19 https://www.hhmi.org/news/human-protein-found-non-immune-cells-defends-against-covid-19