MSCS 通道蛋白（粉紅色）及其相關(guān)脂質(zhì)（深綠色、淺綠色、紅色）嵌在納米圓盤（灰色）中。圖片來源：洛克菲勒大學(xué)

幾乎所有的細(xì)菌都依賴于相同的應(yīng)急閥門——蛋白質(zhì)通道在壓力下打開，釋放大量的細(xì)胞內(nèi)容物。這是一種安全措施，當(dāng)拉伸到極限時(shí)，可以防止細(xì)菌爆炸和死亡。如果了解這些蛋白質(zhì)通道是如何工作的，抗生素藥物就可以設(shè)計(jì)成根據(jù)需要打開它們，利用“閘門”排干細(xì)菌的營養(yǎng)物質(zhì)。

但研究這些通道在實(shí)驗(yàn)室中很難操作，因此它們究竟是如何打開和關(guān)閉以及通過一種亞導(dǎo)電狀態(tài)最終以脫敏狀態(tài)結(jié)束的，人們?nèi)匀恢跎佟，F(xiàn)在，美國洛克菲勒大學(xué)的Thomas Walz 實(shí)驗(yàn)室的一項(xiàng)新研究介紹了一種激活和可視化這些通道的新方法，使解釋它們的功能成為可能。這些發(fā)現(xiàn)揭示了細(xì)菌中關(guān)鍵的膜蛋白，同樣的方法也可以用來提高對人類類似通道的理解。

“我們實(shí)際上能夠看到蛋白質(zhì)通道一系列功能階段的整個(gè)周期?！盬alz說。

研究人員表示，一種嵌入細(xì)菌膜的蛋白質(zhì)MscS，在機(jī)械力的作用下會打開。MscS存在于一層厚膜中，處于封閉狀態(tài)?？茖W(xué)家曾經(jīng)懷疑，當(dāng)液體積聚導(dǎo)致細(xì)胞膨脹并對膜施加壓力時(shí)，膜會被拉伸得非常薄，以至于其蛋白質(zhì)突出。之后，蛋白質(zhì)通道突然打開，釋放細(xì)胞內(nèi)容物，釋放壓力，直到細(xì)胞膜恢復(fù)到原來的厚度，通道突然關(guān)閉。

但是，當(dāng)Walz小組的博士后張一曉（音譯）發(fā)現(xiàn)不可能通過在自然范圍內(nèi)稀釋膜撬開通道。“我們意識到膜變薄并不是這些通道打開的方式。”Walz說。

Walz和張一曉決定突破納米圓盤技術(shù)的極限，用β-環(huán)糊精去除膜脂，這種化學(xué)物質(zhì)用于從細(xì)胞培養(yǎng)中去除膽固醇。這在膜上引起了張力，Walz團(tuán)隊(duì)可以用低溫電子顯微鏡觀察通道的相應(yīng)反應(yīng)。

他們觀察到的結(jié)果與計(jì)算機(jī)模擬相吻合，并且發(fā)現(xiàn)MscS的一種新功能模型。當(dāng)液體在細(xì)胞內(nèi)積聚時(shí)，脂質(zhì)就會從各個(gè)角落被召集來幫助緩解整個(gè)細(xì)胞膜的緊張。如果情況變得糟糕，甚至與MscS通道相關(guān)的脂質(zhì)也會流失。沒有脂質(zhì)保持它們的閉合，這些通道就有足夠的空間打開。相關(guān)論文刊登于《自然》。

研究人員表示，許多這樣的蛋白質(zhì)在人類中起著關(guān)鍵作用，從聽覺、觸覺到血壓的調(diào)節(jié)，而且是非常有趣的藥物靶點(diǎn)。

相關(guān)論文信息：http://dx.doi.org/10.1038/s41586-021-03196-w


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