蛋白质穿梭机制有助于细菌排出抗生素

康奈尔大学领导的一项合作发现了使细菌能够在抗生素暴露下存活的设备：一种穿梭机制，帮助蛋白质复合物从细胞中泵出广谱抗生素以及其他生理底物

既然机制已经确定，研究人员正在使用化学和机械操作来破坏这一过程，这样抗生素就可以不受阻碍地发挥作用

这项研究发表在《细胞报告物理科学》上，由化学教授彭晨领导。共同主要作者是'23的Wenyao Zhang博士和'22的Christine Harper博士。

一些细菌比其他细菌对抗生素更具耐药性，所谓的革兰氏阴性菌特别有弹性，因为它们有一层额外的膜来保护自己。它们还有一个复杂的管道系统，由三部分组成的蛋白质复合物——MacAB-TolC——横跨细胞的内膜和外膜，以及连接它们的周质

三种关键蛋白中的每一种都占据不同的位置：TolC在外膜上，MacB在内膜上，MacA在周质中，尽管它锚定在内膜上

这种“三方”蛋白质复合物，也称为多药外排泵，形成了一个管道，不仅排出抗生素，还排出毒力因子，即细菌细胞本身产生的分子，可以感染或以其他方式危害宿主

为了排出毒素，这三种蛋白质需要以特定的化学计量或化学平衡组装。两个MacB蛋白与六个MacA蛋白组装，然后是三个TolC蛋白。这个比例已经被很好地理解了，但研究人员想知道，一旦结构组装好，周质中的分子是如何进入贯穿复合体的通道的，以及它们通过哪些不同类型的底物被泵送的

陈的团队使用大肠杆菌细菌细胞的单分子成像来更好地了解蛋白质相互作用。当他们测量细胞内的蛋白质浓度时，他们发现化学计量实际上是不平衡的，多余的MacB漂浮在周围（甚至更多的TolC，从之前的研究中已知），远远超过了复合物2:6:3配置所需的数量。除此之外，研究人员还注意到衔接蛋白MacA可以从MacAB-TolC组件中拆卸下来

“我们发现一个很好的原因是，当你有额外的B时，因为它没有与a相关的a，它自然会有一个开口让底物进入。因此，一旦底物能够与额外的B结合，一些最初与B相关的a就可以迁移到那里进行组装。一旦组装好，他们就可以将底物泵出。”

为了测试这种机制是否可以中断，陈的团队与旧金山加利福尼亚大学的一个团队合作，该团队由前康奈尔大学教授克里斯托弗·埃尔南德斯领导，他开发了一种微流体设备，可以通过施加机械应力来改变单个细菌的毒素抵抗力

研究人员确定，通过该装置挤压大肠杆菌会使细胞变形，足以破坏组装的复合物，并防止其抵抗抗生素

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在建立了不平衡的蛋白质化学计量与细胞功能之间的联系后，陈现在很想探索这种关系如何应用于其他系统

“现在我们有一个例子表明，这种特殊的不平衡在功能上可能非常相关。因此，每当我们研究细胞中的蛋白质复合物时，我们总是想测量整个细胞中的相对量与它们在特定复合物中的相对数量。它们真的匹配吗？”

合著者包括Hernandez；博士后研究员李俊成，博士'24；前博士后研究员傅冰；以及Malissa Ramsukh'21