中科院科学家在大肠杆菌抗药性研究方面取得新进展

上海信裕

2015/08/12 16:34

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2015年8月4日，中国科学院生物物理研究所的张凯和赵永芳等人最近合作在Cell Research发表了题为“Substrate-bound structure of the E. coli multidrug resistance transporter MdfA”的研究成果，报告了他们在大肠杆菌MFS家族的多药物外排蛋白MdfA结构方面的最新研究。

众所周知，细菌感染是困扰全人类的健康问题之一。虽然自从青霉素问世以来，人类凭借抗生素的发明有效缓解了这一问题。然而，随之而来的细菌抗药性却让许多努力付之东流。因此，抗药性相关的机制研究及对策已成为世界卫生组织和各国政府共同关注的问题。经过多年研究，国内外科学家发现在细菌众多抗药机制中，最普遍的一种机制是利用细胞膜上的多个药物外排泵，将抗生素外排出细胞。因此，研究抗生素相关转运机制在开发新型抗生素和克服细菌抗药性的课题中有着重要意义。

由于大肠杆菌MFS家族的多药物外排蛋白MdfA是抗药机制研究中的经典模型，因此对该蛋白结构的解析有助于深入认识细菌的药物外排机制。张凯课题组成功解析了MdfA-氯霉素以及MdfA与多个底物类似物复合物的高分辨率晶体结构（最高2.0 埃）。这在MSF家族中，药物底物与转运蛋白复合物的晶体结构的报道仍属首次。MdfA形成12次跨膜螺旋的拓扑结构，含有由3次跨膜螺旋重复结构形成的两个结构域，底物结合口袋位于两个结构域的界面处。通过突变实验，该研究组在细胞水平上对氯霉素的结合位点进行了研究，验证了多个对底物结合及质子化位点起关键作用的氨基酸残基。同时赵永芳课题组利用单分子荧光共振等方法验证了晶体结构中的观测。基于对该家族蛋白中多个保守的序列模体进行的结构和功能分析，张凯、赵永芳等人提出了一个基于膜电位的、底物-质子逆向转运的分子机制，为进一步认识广谱性抗药转运蛋白的一般工作原理奠定了实验和理论基础。