Nature子刊：神奇的“注射器”—新技术揭示细菌如何完成这项挑战性任务

许多细菌性病原体使用小型注射装置来操纵其宿主(如人类)的细胞，以便它们能够在全身传播。要做到这一点，它们需要用相关的注射剂填充注射器。一项追踪蛋白质个体运动的技术揭示了细菌是如何完成这项具有挑战性的任务的。

　　

沙门氏菌属或耶尔森氏菌属的致病细菌可以使用微小的注射装置将有害蛋白质注射到宿主细胞中，从而使感染者感到不适。然而，研究人员分析了这些所谓的III型分泌系统(也称为“注射体（injectisomes）”)的注射机制，它们的作用并不仅仅是为了控制疾病。

如果完全了解这种注射体的结构和功能，研究人员就将能够利用它，将特定的药物输送到细胞中，比如癌细胞。事实上，注射体的结构已经被阐明。然而，目前尚不清楚细菌是如何装载它们的注射器，从而在正确的时间注射正确的蛋白质。

注射体移动部件寻找蛋白质

由马普陆地微生物研究所的Andreas Diepold和波恩大学的Ulrike Endesfelder领导的一个科学家小组现在已经解答了这个问题：注射体的移动成分在细菌细胞中梳理，寻找要注射的蛋白质，即所谓的效应物。当它们遇到效应物时，会像穿梭巴士一样将效应物运送到注射针头的入口处。

该研究的第一作者、博士后研究员Stephan Wimmi解释说:“细胞质中分选平台的蛋白质如何与效应物结合，并将货物运送到膜结合注射体的出口门，这与货运站的过程类似。”“我们认为这种穿梭机制有助于同时提高注射效率和特异性，毕竟，细菌必须快速注射正确的蛋白质，避免被免疫系统识别和消除。”

为了深入了解注射体的重要加载机制，研究人员不得不应用新技术。马克斯普朗克研究所(Max Planck Institute)研究小组负责人Andreas Diepold解释说:“通常用于检测蛋白质相互结合的传统方法无法回答这个问题——可能是因为效应物只结合很短的时间，然后立即注入了。这就是为什么我们必须在活细菌中原位分析这种结合。”

“为了测量这些短暂的相互作用，我们使用了两种在活细胞中工作的新方法，邻近标记技术（Proximity labeling, PL）和单颗粒示踪 (Single particle tracking,SPT)，”Ulrike Endesfelder补充说。

Endesfelder小组在三个不同的地方进行这项研究：马克斯普朗克研究所，美国宾夕法尼亚州匹兹堡的卡诺基梅隆大学和波恩大学。邻近标记技术是一种蛋白质像画笔一样标记它的近邻，使研究人员能够证明细菌中的效应物与移动注射成分结合在一起。

这种方法结合单颗粒示踪技术进行了更详细的研究，后者是一种高分辨率显微镜方法，可以跟踪细胞中的单个蛋白质。研究小组将这些方法称为 "原位生物化学"，即现场生物化学研究，它们使这一突破成为可能。

研究人员接下来想用他们的方法来研究细菌引起感染的其他机制。

Andreas Diepold说:“我们对细菌在感染过程中如何使用这些系统了解得越多，我们就越能理解我们如何影响它们——无论是预防感染还是修改这些系统，以便在医学或生物技术领域使用它们。”

（生物通）