eLife：有害细菌如何杀死人体细胞

最近，一个科学家小组揭示了某些有害细菌如何钻入我们的细胞并杀死它们。他们的研究表明，细菌“纳米钻（nanodrills）”如何将自身聚集在我们细胞的外表面，并首次展示了它们如何在细胞外膜上钻孔。这项研究发表在2014年12月2日的eLife杂志，支持开发新药来靶定这一与严重疾病相关的机制。该研究小组汇集了来自伦敦大学学院（UCL）、伯贝克学院、伦敦大学、莱斯特大学和莫纳什大学（墨尔本）的研究人员。

不同于来自DIY工具包的钻头——它通过捻和研磨穿透一个表面，细菌nanodrills不含旋转部件。相反，它们是环状结构（类似于一个小孔），用自组装毒素分子制成。一旦组装完成，毒素就在环的内边缘部署一种刀片，切进细胞膜，形成一个孔洞。

为了确定这些环是如何构建的，研究小组成员Natalya Dudkina用电子显微镜，做出了几千副涂覆有毒素的人工细胞膜的图像。Dudkina是伦敦大学伯贝克学院Helen Saibil研究小组成员，专注于利用电子显微镜映射生物学结构。

Dudkina说：“每个环都由大约37个毒素分子副本组成。但是除了完整的环之外，我们也观察到弧形的、不完整的环。然而，我们有一个问题，即我们的方法只能记录冻结在不同中间阶段的膜穿孔过程的快照。”

这个问题的解决方法是，拍摄当毒素被放置在细胞膜上时发生了什么。这是由UCL伦敦纳米技术中心Bart Hoogenboom实验室的原子力显微镜（AFM）完成。AFM利用超细针来感觉，而不是看细胞的表面。这种针反复扫描表面，以产生一种运动图像，刷新速度足以说明毒素如何在膜上移动，然后当它们凹陷时在膜上打孔。

UCL Hoogenboom实验室成员Carl Leung指出：“这很壮观。在毒素最初组装成弧形和环形之后，它们继续在细胞膜上滑过。然后，它们停了下来，陷入膜中，并开始吐出它们所钻取的材料，例如你钻木洞时产生的锯末。”

让研究小组大为吃惊的是，完整的环不需要刺穿细胞膜：甚至相对较短的片段仍然能够切割孔洞，虽然孔洞规模较小，但是使它们处于开放状态，从而让细菌能够以细胞的内容物为食。

总而言之，这些结果详细描述了细菌毒素如何在细胞膜上钻孔。来自电子显微镜的快照展示了最初环是如何构成的，以及钻孔过程的结束，并且来自AFM的移动图像显示了该过程。

这一发现支持开发某种新药，能够靶定细菌nanodrills，并有助于治疗与它们有关的疾病。这些疾病包括肺炎、脑膜炎和败血症。莱斯特大学目前正在进行这类药物的广泛研究，也能提供一种转基因形式的毒素，帮助识别钻孔过程的不同阶段。

原始出处：

Leung C1, Dudkina NV2, Lukoyanova N2, Hodel AW1, Farabella I2, Pandurangan AP2, Jahan N3, Pires Damaso M3, Osmanović D1, Reboul CF4, Dunstone MA4, Andrew PW3, Lonnen R3, Topf M2, Saibil HR2, Hoogenboom BW1.Stepwise visualization of membrane pore formation by suilysin, a bacterial cholesterol-dependent cytolysin.Elife. 2014 Dec 2;3. doi: 10.7554/eLife.04247. [Epub ahead of print]