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炭疽细菌释放的毒素被细胞内吞后逃出内涵体的机制

日期:2013-08-23 00:00:00

近来,国家标准和技术研究院(NIST)和特里克港美国传染病陆军医学研究所(USAMRIID)的科学家针对炭疽感染过程中至关重要的一步提出了新假说。

该研究小组重点探索了毒素的生物学行为,随着致命疾病的进展,炭疽感染会迅速压倒身体。他们的研究结果揭示了一种新的可能机制:炭疽热细菌传递蛋白质分子毒害受害者。

炭疽病是很容易就“武器化”的,炭疽细菌释放三种毒素,一起协同工作破坏细胞。一种称为PA的毒素,附着在细胞膜上,然后其表面作为一种“停机坪”供其他两种毒素LF和EF“着陆”。该研究结果可能有助于导致出现更有效的治疗手段。

一旦LF和EF分子锁存到PA上,细胞膜通过将其包裹在“内涵体”中试图摧毁这些不必要的蛋白,内吞并移动到细胞内部。在那里,细胞试图通过致使核内体酸性增强等方式,破坏内涵体中的内容物。但在细胞能充分实行其计划此之前,LF和EF从内涵体中“逃生”,并在细胞内部肆虐造成严重伤害。现在的问题是:这些毒素是怎么逃脱的?

NIST物理学家John Kasianowicz说:最近的一个假说是LF和EF会完全展开,然后挤过PA在内涵体膜上形成的狭窄的洞。不过,用于支撑此概念的研究只是利用了毒素的短序段,而不是他们的天然全长版本。但新的研究结果没有显示出完整的LF和EF能通过孔隙或一旦到达细胞另一边,LF和EF就重新折叠成有功能的酶。所以,研究人员决定寻找其他可能的说明。

NIST / USAMRIID团队探索​​使用人工膜模仿细胞的外表面来分析全长毒素的行为。他们把毒素混合在盐水中(位于人工膜的一侧),然后慢慢地使该流体(盐溶液)酸性更强,模拟内涵体内部环境。但化学性质的变化明显改变LF和EF毒素的物理特性,因为这使它们不可逆地结合到PA孔隙中,创建一个“复杂”的多种毒素。

结果仅表明,虽然是困难的,但LF和EF穿过内涵体上的“毛孔”不是不可能的。此外,研究小组发现,毒素也会趋向破裂的膜。这一发现导致他们建议,其实可能是LF或EF的复合物绑定PA进入细胞,并且这些复合物才是细胞内的活性毒素。

Kasianowicz说:这个新假说可以说明以前的实验结果,如死于炭疽动物血液中发现毒素复合物。但他强调,目前还不知道如何在这些理论之间作出选择,事实上,毒素“逃出”内涵体的机制可能有多个,但重要的是更好地理解这一步过程,以更有效地阻止炭疽。

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