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抗菌新曙光!霍亂弧菌致病結構解密

近年來,我們面對越來越強大的超級細菌,卻也同時面臨抗生素失效的危機。過去十年,抗生素幾乎沒有突破性的新藥,該如何面臨這場「抗藥性災難」的來襲,成為各國研究單位的重要習題。

因應新抗生素難產, 科學家紛紛另闢蹊徑,尋找對付細菌感染的新策略。這一次科學家想到如果從細菌內部去做破壞,讓它沒辦法執行重要的感染過程,或許就能找到新的抗生素!

其中,環雙鳥糞核苷酸(c-di-GMP)為近 20 年來細菌學研究上最大的突破。它是一種細菌體內的訊息傳遞分子,控制許多重要的細菌功能,譬如幫助細菌分泌生物膜來保護細菌不被各種殺菌方式殺死,也會影響細菌的致病性等。這個機制給了科學家一個靈感,如果能阻斷這個細菌聯繫系統, 或許就能達到抑制致病的作用。歷年來研究細菌信息傳遞的學者已約有 10 人獲得諾貝爾獎,顯見其重要性。

從 c-di-GMP 和受體結構找到曙光

興大生物化學研究所周三和教授。圖/中興大學提供。

興大生物化學研究所周三和教授。圖/中興大學提供。

國立中興大學生物化學研究所周三和教授的實驗室,最近十年來一直利用 X-射線蛋白晶體繞射技術來探討 c-di-GMP與其受體的結構。最近透過與美國跨國團隊合作,解析出霍亂弧菌中一個極重要的受體「甘露醣敏感血凝素蛋白」(MshE)與 c-di-GMP 的三度空間結構,這個結構促使科學家進一步了解霍亂弧菌在腸璧上形成菌落,進而分泌大量致病因子的機制,同時也可延伸瞭解其它細菌如何造成各種生物生病的方法。

c-di-GMP 和 MshEN 的結構。圖/取自原始論文。

c-di-GMP 和 MshEN 的結構。圖/取自原始論文

其實以往就發現細菌中有許多 c-di-GMP 的受體,如果可以了解它與哪種受體結合會導致細菌的致病性,或許就有可能幫助新型抗生素的研發。這也就是周三和團隊這次研究解開 c-di-GMP 和受體結合的三維結構的重要性所在。

此篇研究除周三和教授外,主要研究團隊成員亦包括美國國家衛生研究院的 Michael Galperin 博士,及美國加利福尼亞聖塔克魯茲大學的 Fitnat Yildiz 博士,分別為研究細菌生物資訊學和霍亂弧菌的專家。此研究成果於 2016 年 8 月 31 日發表在《自然通訊》 (Nature Communications)。

(本文改寫自中興大學新聞稿。)

原始論文連結

Yu-Chuan Wang et al., Nucleotide binding by the widespread high-affinity cyclic di-GMP receptor MshEN domainNature Communications 7, Article number: 12481 (2016) doi:10.1038/ncomms12481

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