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抗菌新曙光!霍亂弧菌致病結構解密

活躍星系核_96
・2016/10/05 ・958字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 577 ・九年級

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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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia


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「你不要過來啊!」蜘蛛為了在交配中保命,竟然把自己給射出去了!

Peggy Sha
・2022/05/18 ・1686字 ・閱讀時間約 3 分鐘

自然界中,充滿了不少為了交配而「慷慨赴義」的勇者,像是:螳螂、蜘蛛等等,在激戰中或激戰後,雄性會變成配偶的盤中飧,如此一來,不僅可以延長交配時間、增加受精機率,還能為雌性提供養分,讓後代更有機會健康快樂地成長!(讓我們感謝飛天小爸爸的努力!)

「性食同類」不僅可以延長交配時間、增加受精機率,還能為雌性提供養分,讓後代更有機會健康快樂地成長!圖/Pixabay

這種現象呢,被稱之為「性食同類」(sexual cannibalism),通常是雌性吃掉雄性的比例稍微高一些。

但正如俗話所說,「生命會自己找到出口」,竟然有雄性蜘蛛靠著把自己「射」出去來保下一命!今天,就要來為你講述,隆背菲蛛(Philoponella prominens)的噴射故事。

交配到一半就彈出去了?超離奇高速彈射之謎!

這次的主角隆背菲蛛呢,是一種原產於日本、韓國等地的社會性動物,過去驚人的成就包括:能夠一次聚集 300 多隻同伴,共同編織出一片大網。

至於牠們超強的彈射能力又是如何被發現的?原先,來自湖北大學的張士昶副教授與團隊正在研究隆背菲蛛的性行為,卻忽然發現了一個超離奇現象:完成交配之後,雄蛛居然會猛然彈開,「biu」地一下就飛得老遠!

這驚人的過程可說是快到不可思議,最高紀錄達到一秒 88.2 公分,別說是肉眼,就連普通相機都沒辦法正確紀錄下細節。

這個現象立刻引發了研究團隊的好奇心,那麼接下來該怎麼辦呢?當然是:交配大戰看起來!

射,還是不射?這是個攸關性命的問題!

為了進行研究,團隊總共觀察了 155 次交配行為,並在其中 152 次中觀察到了這種超高速的彈射情形。你可能會很好奇,那剩下的 3 次呢?嗯……那 3 隻隆背菲蛛沒有成功彈射出去,交配後就成了配偶的大餐了。

什麼?沒彈掉就會被吃掉?這究竟是巧合還是命運的安排?

研究人員決定出手人為干預一下,他們選了 30 隻隆背菲蛛,然後想辦法阻止牠們彈射,結果發現:「彈射=保命」,要是你射不出去,那你就逃不過配偶的大口,注定要變成人家的晚餐。

要是隆背菲蛛彈射失敗,那就逃不過配偶的大口,注定要變成人家的營養來源。圖/Pixabay

相反地,如果成功彈出去了,那麼,你不但可以保命,也多了再次交配的機會。嘿,沒錯,牠們彈出去後還會再爬回來交配,再彈、再爬、再交配,就如此反反覆覆。(當然啦,有時也會在過程中不小心弄掉一些身體部位,比如一兩支步足。)

想要成功噴射,你需要一對強壯的步足!

至於為何隆背菲蛛能變成這樣的飛天小蜘蛛呢?秘密就藏在牠們的步足中。研究團隊發現,雄蛛們會將第一對步足抵在雌蛛身上,一旦交配完成,就用力蹬腳彈射出去。

根據實驗,科學家們發現這對步足可說是噴射與交配關鍵,少了一支都不行,只要沒有這對秘密武器,雄蛛只會停留在求偶階段,但不會真的跟雌蛛交配。但如果掉的是其他幾支腳,那可完全不會影響交配過程,還是能順利完成生育大計。

而這對秘密武器最強大的地方,其實是來自液壓;只要蜘蛛擠壓胸部的肌肉,便可以將其中的體液注入特定關節(tibia–metatarsus joint),透過液壓來伸直步足、產生彈力。

沒想到吧?為了在交配中保命,隆背菲蛛還得運用到流體力學,是不是很有趣呢?

參考資料:

Male spiders avoid sexual cannibalism with a catapult mechanism: Current Biology
These male spiders catapult away to avoid being cannibalized after sex
Watch These Male Spiders Jump Like Hell to Avoid Being Eaten After Sex
This Male Spider Catapults Itself Into the Air to Avoid Sexual Cannibalism | Science| Smithsonian Magazine
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Peggy Sha
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曾經是泛科的 S 編,來自可愛的教育系,是一位正努力成為科青的女子,永遠都想要知道更多新的事情,好奇心怎樣都不嫌多。