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在抗生素耐药问题严峻的当下，为探究 FusB 介导的细菌对夫西地酸（FA）耐药机制，研究人员开展了相关研究。他们利用时间分辨单颗粒冷冻电镜技术，解析出 FusB 作用的多个结构。结果揭示了 FusB 的耐药机制，为攻克耐药难题提供了关键依据。
在抗生素的 “战场” 上，细菌与抗生素的对抗从未停止。夫西地酸（Fusidic acid，FA）作为一种主要针对革兰氏阳性菌的抗生素，自 20 世纪 60 年代投入使用以来，一直用于对抗金黄色葡萄球菌感染。它通过抑制细菌蛋白质合成来发挥作用，具体方式是与延伸因子 G（Elongation factor G，EF-G）紧密结合，阻止 EF-G 从核糖体上释放，进而阻断蛋白质合成过程。
然而，细菌很快就找到了应对之策，FusB 型耐药便是其中一种重要的耐药机制。FusB 蛋白能够与 EF-G 结合，使细菌对 FA 产生耐药性，但此前其具体的作用机制并不明确。这种不确定性犹如迷雾，阻碍着人们对抗生素耐药问题的深入理解和有效解决。为了驱散这层迷雾，来自瑞典乌普萨拉大学（Uppsala University）等机构的研究人员展开了深入研究，相关成果发表在《Nature Communications》杂志上。
研究人员主要运用了时间分辨单颗粒冷冻电镜（cryo-EM）技术。他们构建了包含 70S 核糖体、短合成 mRNA、大肠杆菌 tRNARnet和金黄色葡萄球菌 EF-G 的 FA 锁定复合物，通过在冷冻电镜样品制备过程中采用特殊的 “grid 上混合” 方法，成功捕获了 FusB 介导耐药过程中不同阶段的复合物结构。此外，还运用了荧光偏振技术测量 FusB 与核糖体的亲和力，利用质谱技术对 FusB 和 EF-G 进行定量分析，通过二肽和三肽形成实验检测 FusB 对 tRNA 传递的影响。
研究结果如下：
- 捕获 FusB 介导的 FA 耐药过程：研究人员借助时间分辨冷冻电镜技术，识别出六种与 FA 抑制和耐药相关的复合物，分别为处于嵌合状态（CHI）和转位后状态（POST）的 FA 锁定 EF-G 复合物，以及 FusB 与 EF-G 结合的不同状态复合物，如 FusB?EF-G?70S、FusB?EF-G?70S*，还有 FusB 独立结合核糖体小亚基（FusB?70S:SSU）和大亚基（FusB?70S:LSU）的复合物。这些复合物在不同时间点的丰度变化，有力地证明了 FusB 介导的 FA 耐药过程。
- FusB 与 EF-G 在核糖体上的相互作用：在早期耐药复合物 FusB?EF-G?70S 中，FusB 通过其 N 端和 C 端结构域与 POST 状态的 EF-G 广泛接触。FusB 的结合促使 EF-G 发生显著构象变化，导致 EF-G 与核糖体、tRNA 和 mRNA 的相互作用被破坏，接触面积减少 30%，最终使得 FusB?EF-G 复合物从核糖体上释放，随后 FA 也从 EF-G 上解离。
- FusB 独立结合核糖体：令人惊讶的是，FusB 还能独立于 EF-G 与核糖体的两个不同位点结合。在 FusB?70S:SSU 复合物中，FusB 结合在经典状态核糖体小亚基的解码中心；在 FusB?70S:LSU 复合物中，FusB 与大亚基以及 P 位点 tRNA 相互作用。FusB 与这些位点的结合与 EF-G 在 FA 锁定状态下的结合存在空间冲突，表明它们存在竞争关系。并且，FusB 与核糖体的结合在生理上具有相关性，虽然它不抑制 EF-Tu 介导的 tRNA 传递，但会影响三肽形成速率。
- FusB 与不同核糖体的结合特性：FusB 与大肠杆菌和金黄色葡萄球菌核糖体的结合方式几乎相同。研究还发现了一种非经典的 FusB?EF-G?70S * 复合物，其中 FusB 与 EF-G 的结构域 IV - V 结合，而 EF-G 的结构域 I - III 可能处于无序状态，该复合物不太可能是晚期耐药中间体，更可能是 FusB?EF-G 的重新结合事件。
研究结论和讨论部分指出，本研究成功解析了 FusB 介导的抗生素耐药复合物结构，揭示了 FusB 型耐药的详细机制。FusB 通过诱导 EF-G 构象变化，使其从核糖体上释放，进而导致 FA 解离，同时 FusB 还能与核糖体直接结合。与其他耐药机制不同，FusB 不直接与抗生素相互作用，这为开发克服 FusB 型耐药的 FA 类似物或衍生物带来挑战，但也为未来研究指明了方向，如研发与核糖体相互作用更强的 FA 衍生物或抑制 FusB - EF-G 结合的抑制剂。此外，FusB 与核糖体的直接结合可能具有与 FA 耐药无关的功能，其在细胞内与 EF-G 或核糖体的结合情况仍有待进一步研究。这项研究为深入理解抗生素耐药机制提供了重要依据，为后续开发新型抗菌策略奠定了坚实基础，有望在未来的抗菌药物研发和临床治疗中发挥关键作用，帮助人类更好地应对抗生素耐药这一严峻挑战。
