是什么把细菌变成螺旋形的?

蛋白质决定细菌的形状

　　

细菌有各种各样的形状，这对它们在各自的生态位中的适应性很重要。然而，尽管进行了深入的研究，在许多情况下，决定细菌细胞形状的因素仍然未知。由Martin Thanbichler领导的一个研究小组现在已经发现了决定红螺旋体螺旋形状的机制，为细胞形状和适应性之间的联系提供了新的思路。

细菌的形态千差万别。除了杆状的代表，如广为人知的模式细菌大肠杆菌外，还有许多弯曲甚至螺旋形的细菌。曲率对于细菌在表面定植和在粘性环境中移动的能力至关重要，因此也会引起疾病，就像霍乱弧菌或幽门螺杆菌一样。世界各地的研究人员都在努力了解细菌细胞曲率的分子细节，希望有一天能够影响它，从而有可能对抗病原体。

现在，由马克斯普朗克研究员、德国马尔堡大学教授Martin Thanbichler领导的一个国际研究小组，对光合细菌红红螺旋菌的形状提供了新的见解。该物种在环境中广泛存在，具有生物技术潜力，因为它可以利用一氧化碳，固定氮并产生氢和生物塑料的基本材料。

研究人员惊奇地发现，在红螺旋菌中，两种所谓的孔蛋白——迄今为止只知道只负责细菌外膜上营养物质交换的通道状蛋白质——在细胞的外曲率上呈螺旋状排列。这些结构通过另一种蛋白质——脂蛋白PapS与细胞壁紧密相连。令人惊讶的是，当PapS缺失或研究人员阻止它与孔蛋白结合时，细胞变得完全笔直。

具有双重功能的多孔材料

但是为什么PapS对细胞曲率至关重要呢?“除了交换营养物质外，孔蛋白似乎还进化出了另一种功能，”马丁·塔比克勒解释说。“与PapS一起，它们控制着围绕细胞体圆周运动的分子机器的运动。这台机器将新材料纳入现有的细胞壁，从而导致细胞伸长。在像大肠杆菌这样的杆状细菌中，这台机器在细胞的所有区域均匀移动，从而形成直线形状。相比之下，在红毛霉中，螺旋状的Porin-PapS结构形成了一种分子笼。由于其致密的包装，它包围了通常负责细胞纵向生长的机器，并部分地将其固定在细胞的外曲线上。这导致孔蛋白- paps结构周围细胞伸长的局部增加，最终使细胞体弯曲成螺旋形状。”

在这项研究中，马尔堡研究小组与来自基尔、弗莱堡、英国和澳大利亚的研究人员合作，发现了一种新的细菌形状决定机制，这种机制基于外膜蛋白对细胞生长空间控制的直接影响。这一发现很可能适用于所有红螺旋菌的弯曲亲戚，并且看到这种机制是否也适用于其他具有更复杂细胞形状的细菌群将是令人兴奋的。

“我们现在有机会修改红毛犀的细胞形状。这将使我们有机会研究细菌在其栖息地中螺旋细胞形状的选择优势，这可以为了解细胞形状如何影响生态位的定植、与植物的共生相互作用的建立或疾病的原因提供重要的见解。“