科研人员发现了细菌毒素和COVID疫苗蛋白渗透细胞壁的原因
首先研究显示一些毒素和药物如何进入细胞。
几十年来，科学家们一直想知道蛋白质等大分子如何通过细胞壁（也称为质膜）不留痕迹。这种能力是某些药物（包括一些癌症治疗和COVID-19疫苗）起作用的部分原因。这也是细菌毒素如何进入人体细胞并造成严重破坏的方式。
研究人员注意到，一些肽通过推动它们穿过膜。肽使膜变形为小的圆形芽。然后芽分离成小气泡，最终“爆裂”，使肽在细胞内释放。学分：阿什维塔·萨尼
一个这样的例子是白喉毒素，它由白喉棒状杆菌产生并导致白喉，这是一种严重且可能致命的鼻子和喉咙细菌感染。但是这些蛋白质如何进入人体细胞的机制是一个科学谜团。
Dehua Pei. Credit: OSU
最近发表在ACS 化学生物学杂志上的一项研究回答了这个谜团。该研究确定了蛋白质穿过细胞膜的方式，这一发现可以为将来更好地向细胞输送药物或治疗由细菌毒素引起的疾病奠定科学基础。
“这几乎就像一个魔术，膜包裹这些毒素的方式，”该研究的资深作者、俄亥俄州立大学化学和生物化学教授裴德华说。
贝聿铭在俄亥俄州立大学的研究团队花了数年时间试图了解细菌毒素等生物分子是如何进入人体细胞的，目的是找到让药物进入这些细胞的方法。该研究的主要作者、俄亥俄州立大学贝聿铭实验室的研究生阿什维塔·萨尼 (Ashweta Sahni) 说，正是通过这项工作，研究人员发现了一些毒素是如何穿过细胞膜的。
研究人员已经知道小分子是如何穿透细胞膜的，通常是通过与细胞膜结合然后扩散穿过细胞膜。但他们知道蛋白质没有这种能力，因为它们太大了。到目前为止，最流行的假设是蛋白质通过膜上的小孔，称为毛孔，类似于巴黎人穿过墙壁的雕像Le Passe-Muraille 。但贝聿铭之前的工作并不支持这一假设。
阿什维塔·萨尼。来源：俄勒冈州立大学
在研究团队的其他项目时，Sahni 注意到一些蛋白质片段（称为肽）通过推动它们穿过膜。肽使膜变形为小的圆形芽。然后芽分离成小气泡，称为囊泡，最终“爆裂”，使肽在细胞内释放。该团队随后观察到两种结构不同的细菌毒素也采用了相同的机制。这一发现使他们得出结论，这种萌芽和塌陷机制是许多大型生物分子采用的常见机制。
“这种萌芽和崩溃现象以前是未知的，但我们能够目睹它，因为我们拥有设备、培训和经验，可以知道我们在看什么，”Sahni 说。
该团队通过共聚焦显微镜观察了活细胞的出芽和塌陷，这是一种成像技术，使他们能够专注于细胞内发生的事情，以及细胞膜上的这些特定蛋白质。
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裴说，这一发现可能为新的药物疗法打开大门，利用这一发现来操纵药物进入细胞的方式。
参考文献：
Ashweta Sahni 和 Dehua Pei 撰写的“Bacterial Toxins Escape the Endosome by Inducing Vesicle Budding and Collapse”，2021 年 9 月 23 日，ACS 化学生物学。
DOI: 10.1021/acschembio.1c00540
这项工作由美国国立卫生研究院资助。