細菌有一種狡猾的能力，能在不友好的環境中生存下來。

例如，透過一系列複雜的相互作用，它們可以識別有毒化學物質和金屬，如銀和銅，然後建立對它們的抵抗力。細菌依靠類似的機制來抵抗抗生素。

在大腸桿菌中，內膜感應蛋白CusS透過感應環境中的銅離子以簇狀形式移動。CusS吸收轉錄調節蛋白CusR，然後分解ATP使CusR磷酸化，進而啟用基因表達，幫助細胞抵禦有毒的銅離子。

康奈爾大學的研究人員將基因工程、單分子跟蹤和蛋白質定量結合起來，對這一機制進行了更深入的研究，並瞭解了它是如何工作的。這些知識可能會導致更有效的抗菌治療的發展。

該團隊的論文，“Metal-Induced Sensor Mobilization Turns on Affinity to Activate Regulator for Metal Detoxification in Live Bacteria”發表於5月28日的《美國國家科學院院刊》上。

“我們對基本機制非常感興趣。”文理學院化學教授、論文的資深作者Peng Chen說，“更廣泛的概念是，一旦我們知道了機制，那麼我們也許可以想出更好的或替代的方法來破壞細菌抵禦有毒化學物質的能力。這將有望有助於設計抑制細菌耐藥性的新方法。”

細菌的抵抗力實際上是一個標籤團隊的工作，兩個蛋白質一起在細胞內工作。一種位於內膜蛋白質（CusS）感知到化學物質或金屬的存在，並向細胞漿或細胞間液中的調節蛋白（CusR）傳送訊號。這種調節蛋白與DNA結合，啟用產生轉運蛋白的基因，將毒素從細胞中清除。

通常情況下，科學家透過生化分析來分析這些功能，這些生化分析可以將蛋白質從細胞中去除。然而，這個過程阻止了科學家觀察蛋白質在它們的自然環境中某些細節，如蛋白質之間的空間排列，仍然是模糊的。

為了進行更深入的分析，Peng Chen的團隊使用了單細胞成像技術，他們用熒光訊號標記活的大腸桿菌中的單個蛋白質，並逐個成像，跟蹤它們的運動。這一過程產生了數以百萬計的影象，並最終形成了一個精細的、定性的蛋白質運動圖譜。

研究小組對感測器蛋白的活動特別感興趣，感測器蛋白有兩種型別，一種聚集在一起，另一種在內膜周圍移動。研究人員發現，當大腸桿菌遇到銅時，感測器蛋白中自由漂浮、移動的種類增加，而聚集的種類減少。動員的感測器蛋白與調節蛋白相互作用，啟動一系列複雜的步驟——從結合銅到結合並分解複合ATP，最終導致基因表達——將金屬從細胞中沖走。

“這些步驟中的一個未知因素是，感測器蛋白在什麼位置與調節蛋白形成蛋白質-蛋白質複合物。” Peng Chen說，“我們發現，一旦感測器與銅結合，就會導致這種調節蛋白的補充。這在這一系列事件中發生得非常非常早。”

透過啟動序列並在序列有時間衰減之前快速加速序列，提供了功能優勢。 Peng Chen將這種策略比作一場燙手山芋。

“如果我拿著一個燙手的山芋想給你，我不想在叫你之前還拿著山芋。” Peng Chen說，“我希望你就在我身邊，這樣我就可以馬上把它傳給你。否則，熱山芋就會變冷。或者太熱了，所以我不得不把它扔掉。用化學術語來說，基本上這個物種會腐爛或轉移到其他物種。”

譯/前瞻經濟學人APP資訊組

原文來源：

https：//phys。org/news/2020-05-track-bacteria-purge-toxic-metals。html

https：//www。pnas。org/content/early/2020/05/27/1919816117