作者丨辛雨
R型真菌素是最小的可收縮的納米機器，有望成為精確的青霉素。
每一種滅菌復合物都使用一個套環來聯接一個中空管，該中空管具有由基板支架以亞穩態加載的可收縮鞘。
這些用于精密醫學的無核苷酸蛋白質機器的微調，須要對整個復合物和收縮機制進行原子性描述，然而這在T4噬菌體（含DNA）的基板結構中是難以得到的。
4月15日，日本加洲學院紐約校區院長周正洪和JeffF.課題組在《自然》發表論文，報告了完整的R2膿菌素在收縮前和收縮后狀態的原子模型細胞膜模型制作，每位包含10個基因產物的11個奇特原子模型的384個亞單位。
以可收縮納米管為基礎的機器廣泛應用于真菌領域，其功能是穿透細胞膜，傳遞有效的蛋白質或DNA，或創建離子轉移的通道。
收縮型分泌系統（T6SSs）將蛋白質分別注入真核細胞或真菌細胞中，以推動發病或殺害競爭對手。
以銅綠假單胞菌形成的R型膿毒球菌為例的噬菌體尾巴樣真菌素，借助同樣的收縮力通過耗散其膜電位來殺害競爭病菌。
病毒噬菌體（如P2和T4）就是借助類似的收縮機制將DNA轉移到真菌細胞中。
這種可收縮的納米機器借助彈簧加載的鞘管組件穿透目標細胞表面。
這個過程伴隨著大量的結構轉變，包括由基板觸發的鞘層收縮，這早已被子粒子高溫電子顯微鏡和細胞高溫電子層析成像所觀察到。
其實在噬菌體、膿菌素和T6SS中細胞膜模型制作，能量的存儲大多相像，但因為T6SS中存在額外的細胞膜，其觸發機制可能不同。
相比之下，一些其他的傳輸系統，如T3SS和T4SS，不攜帶用于穿透的儲存能量或用于觸發的基板狀結構。
基板從預收縮狀態過渡到后收縮狀態
起初報導的工程T4管-基板復合物顯示了基板蛋白的靜態結構，但缺少鞘層來告知其怎樣接收收縮訊號。
近來，來自毒力盒和反食性原噬菌體的除蟲收縮毒素傳遞系統的高溫電子顯微鏡結構，展示了這些噬菌體尾巴樣收縮系統在自然界的廣泛存在。
R型膿毒素相對簡單，便于工程實現，是研究收縮結構的理想模型系統。
研究人員之前對R2膿毒素鞘和管在收縮前和收縮后的螺旋重建，闡明了收縮的能量是怎樣通過形狀和電荷互補來存儲和釋放的。
但是，因為在基板和掛鏈上缺少原子細節，因而未能了解引起鞘收縮的分子觸發機制，也難以了解由此形成的結構是怎么穩定出來以推動滅菌的。
在該研究中，研究人員從單粒子高溫電子顯微鏡和x射線晶體學報告了膿毒素在收縮前和收縮后的原子模型，推論并測試了滅菌納米機器的作用模型。
這種結構的比較表明，膿菌素收縮期間發生了以下一系列風波：尾纖維觸發了基板三聯體的側向分離；分離后引起一系列造成鞘收縮的風波；這些收縮將物理能轉化為機械力，促進鐵頭管穿過真菌細胞表面，殺害病菌。
膿菌素中鞘層的三種構型類型
研究人員表示，該模型將目標細胞的特定辨識與殺傷機制的通用布署結合上去，為借助這種結構作為精確抑菌劑提供了至關重要的信息。
在原子模型的基礎上，研究人員建立了一個最小的收縮機，這個收縮納米機器包括12個鞘層，可以呈現R2膿菌素兩種狀態之間的變型。
值得注意的是，因為收縮鞘的存在，管在動力沖程中發生的旋轉運動，可能有助于刺突穿透目標細胞表面。
R型膿毒球菌素和相關的R型真菌素正在作為一類新的抗菌素被開發。
它們的結構的一個奇特之處在于，受體結合蛋白賦于的高度特異性的目標辨識直接與作用機制相結合。
這些精細的特異性使我們能否選擇性地殺滅病支原體，而不會形成例如菌群失調等脫靶效應的意外后果，也不會在脫靶的真菌物種或弧菌中選擇可傳播的藥物耐藥性。
工程受體結合蛋白改變R型膿菌素結合的特異性早已被證明。
研究人員表示，對于這些須要從復雜的真菌生態系統中精確地消融病衣原體的應用，一個較不敏感的觸發將會最小化脫靶效應，而且只有在與正確的真菌細胞緊密結合時就會觸發殺害機制。
相反，在完全感染的情況下（如肺炎），單個病支原體早已生長到萊州度，一個更敏感的觸發將容許更有效地殺害與目標的碰撞。
相關論文：