細(xì)菌的形態(tài)千差萬(wàn)別。除了桿狀的代表，如廣為人知的模式細(xì)菌大腸桿菌外，還有許多彎曲甚至螺旋形的細(xì)菌。曲率對(duì)于細(xì)菌在表面上定居和在粘性環(huán)境中移動(dòng)的能力至關(guān)重要，因此也會(huì)引起疾病，就像霍亂弧菌或幽門螺桿菌一樣。世界各地的研究人員都在努力了解細(xì)菌細(xì)胞曲率的分子細(xì)節(jié)，希望有一天能夠影響它，從而有可能對(duì)抗病原體。

現(xiàn)在，由馬克斯普朗克研究員、德國(guó)馬爾堡大學(xué)教授Martin Thanbichler領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國(guó)際研究小組，對(duì)光合細(xì)菌紅紅螺旋菌的形狀提供了新的見(jiàn)解。該物種在環(huán)境中廣泛存在，具有生物技術(shù)潛力，因?yàn)樗梢岳靡谎趸?，固定氮并產(chǎn)生氫和生物塑料的基本材料。

這項(xiàng)研究發(fā)表在《自然通訊》雜志上。

研究人員驚訝地發(fā)現(xiàn)，在紅螺旋菌中，有兩種所謂的孔蛋白——迄今為止只知道負(fù)責(zé)細(xì)菌外膜上營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)交換的通道狀蛋白質(zhì)——在細(xì)胞的外曲率上呈螺旋狀排列。這些結(jié)構(gòu)通過(guò)另一種蛋白質(zhì)——脂蛋白PapS與細(xì)胞壁緊密相連。令人驚訝的是，當(dāng)PapS缺失或研究人員阻止它與孔蛋白結(jié)合時(shí)，細(xì)胞變得完全筆直。

具有雙重功能的多孔材料

但是為什么PapS對(duì)細(xì)胞曲率至關(guān)重要呢?“除了交換營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)外，孔蛋白似乎還進(jìn)化出了另一種功能，”馬丁·塔比克勒解釋說(shuō)。

“與PapS一起，它們控制著圍繞細(xì)胞體圓周運(yùn)動(dòng)的分子機(jī)器的運(yùn)動(dòng)。這臺(tái)機(jī)器將新材料納入現(xiàn)有的細(xì)胞壁，從而導(dǎo)致細(xì)胞伸長(zhǎng)。在像大腸桿菌這樣的桿狀細(xì)菌中，這臺(tái)機(jī)器在細(xì)胞的所有區(qū)域均勻移動(dòng)，從而形成直線形狀。相比之下，在紅毛霉中，螺旋狀的Porin-PapS結(jié)構(gòu)形成了一種分子籠。

“由于其密集的包裝，它包圍了通常負(fù)責(zé)細(xì)胞縱向生長(zhǎng)的機(jī)器，并部分地將其固定在細(xì)胞的外部曲線上。這導(dǎo)致孔蛋白- paps結(jié)構(gòu)周圍細(xì)胞伸長(zhǎng)的局部增加，最終使細(xì)胞體彎曲成螺旋形狀?！?/p>

在這項(xiàng)研究中，馬爾堡研究小組與來(lái)自基爾、弗萊堡、英國(guó)和澳大利亞的研究人員合作，發(fā)現(xiàn)了一種新的細(xì)菌形狀決定機(jī)制，這種機(jī)制基于外膜蛋白對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)空間控制的直接影響。這一發(fā)現(xiàn)很可能適用于所有紅螺旋菌的彎曲親戚，并且看到這種機(jī)制是否也適用于其他具有更復(fù)雜細(xì)胞形狀的細(xì)菌群將是令人興奮的。

“我們現(xiàn)在有機(jī)會(huì)修改紅毛犀的細(xì)胞形狀。這將使我們有機(jī)會(huì)研究細(xì)菌在其棲息地中螺旋細(xì)胞形狀的選擇優(yōu)勢(shì)，”該研究的第一作者塞巴斯蒂安P?hl說(shuō)。這可以為了解細(xì)胞形狀如何影響生態(tài)位的定植、與植物的共生相互作用的建立或疾病的原因提供重要的見(jiàn)解。