幾十年來， 科學(xué)家們一直想知道像蛋白質(zhì)這樣的大分子如何穿過細胞壁，而不留下任何痕跡。 這種能力是使某些藥物--包括一些癌癥治療和COVID-19疫苗--發(fā)揮作用的部分原因。它也是細菌毒素進入人體細胞并造成破壞的方式。

其中一個例子是白喉毒素，它由白喉桿菌產(chǎn)生并導(dǎo)致白喉，這是一種嚴(yán)重的、可能致命的急性呼吸道傳染病。但這些蛋白質(zhì)如何進入人體細胞的機制是一個科學(xué)之謎。

最近發(fā)表在《ACS化學(xué)生物學(xué)》雜志上的一項研究解答了這個謎團。該研究確定了蛋白質(zhì)穿過細胞膜的方式，這一發(fā)現(xiàn)可以為將來以更好的方式將藥物送入細胞，或治療細菌毒素引起的疾病奠定科學(xué)基礎(chǔ)。

該研究的資深作者、俄亥俄州立大學(xué)化學(xué)和生物化學(xué)教授裴德華說：“膜包裹這些毒素的方式幾乎就像一個魔術(shù)。”

裴德華在俄亥俄州立大學(xué)的研究團隊多年來一直試圖了解細菌毒素等生物大分子如何進入人體細胞，目的是找到將藥物送入這些細胞的方法。該研究的主要作者、俄亥俄州立大學(xué)的一名研究生Ashweta Sahni說，正是通過這項工作，研究人員發(fā)現(xiàn)了一些毒素是如何穿過細胞膜的。

研究人員已經(jīng)知道小分子是如何穿透細胞膜的，通常是通過與膜結(jié)合，然后通過它擴散。但他們知道，蛋白質(zhì)不具備這種能力，因為它們太大。直到現(xiàn)在，最流行的假設(shè)是蛋白質(zhì)通過膜上的小孔，即所謂的孔隙，類似于巴黎的穿墻人雕塑。但裴德華團隊之前的工作并不支持這一假設(shè)。

在進行團隊的其他項目時，Sahni注意到，一些被稱為肽的蛋白質(zhì)片段通過推動膜而穿過膜。肽使膜變形為小的圓形“芽”。然后，這些“芽”作為小氣泡分離，被稱為囊泡，最終"爆裂"，使肽在細胞內(nèi)被釋放。該小組隨后觀察到，兩種結(jié)構(gòu)不同的細菌毒素也采用了這種相同的機制。這一發(fā)現(xiàn)使他們得出結(jié)論，這種“芽”和塌陷機制是許多大型生物分子采用的一種常見機制。

Sahni說：“這種芽和塌陷現(xiàn)象以前不為人知，但我們能夠目睹它，因為我們有設(shè)備、培訓(xùn)和經(jīng)驗，知道我們在看什么。”

該團隊通過共聚焦顯微鏡見證了活體細胞中的芽和塌陷現(xiàn)象，這種成像技術(shù)使他們能夠聚焦于細胞內(nèi)部和細胞膜上發(fā)生的這些特定的蛋白質(zhì)。

裴德華說，這一發(fā)現(xiàn)有可能為新的藥物療法打開大門，利用這一發(fā)現(xiàn)來操縱藥物進入細胞的方式。

關(guān)鍵詞： 蛋白質(zhì) 細胞壁 科學(xué)家 白喉