Cell | 破解领域难题！浙江大学朱永群/张兴发现了细菌能的潜在机理

细菌鞭毛马达是一种超分子蛋白机器，可驱动鞭毛旋转以促进运动，这对于细菌在不同环境中的生存至关重要，也是致病性的关键因素。鞭毛马达的详细结构仍然未知。

2021年4月20日，浙江大学朱永群及张兴共同通讯在Cell 在线发表题为“Structural basis of assembly and torque transmission of the bacterial flagellar motor”的研究论文，该研究介绍了与钩复合的细菌鞭毛马达的原子分辨率冷冻电子显微镜（cryo-EM）结构，该分子由175个亚基组成，分子量约为6.3 MDa。

该结构揭示了从带有FlgB和FliE亚基的MS环突出的10个肽介导了从MS环到杆的扭矩传递，并克服了马达旋转结构和螺旋结构之间的对称性不匹配。LP环接触远端杆，并施加静电力以支持其旋转和扭矩传递到钩。这项工作为鞭毛马达的结构，组装和扭矩传递机制提供了详细的分子知识。

细菌游动和成群运动是细菌在不同环境中生存和生物膜形成所必需的，并且在发病机理中起着多种作用，包括达到最佳宿主位点和入侵。细菌鞭毛是用于细菌游动的巨大蛋白质机器，由约25种不同的蛋白质组成，包括结构和调节成分。鞭毛的结构由三个不同的部分组成：旋转马达，万向节和螺旋桨。旋转马达由离子导电定子MotAB或PomAB供电，并且是鞭毛的组装基础。它跨越细胞质膜和外膜，由L环，P环，MS环，C环，棒和输出装置组成。万向节是将马达连接到细丝的钩子，细丝充当鞭毛的螺旋桨，以推动细菌细胞并赋予其运动性。

鞭毛马达在细胞质中有一个输出设备，类似于细菌III型分泌系统（T3SSs）的输出设备，可将鞭毛蛋白跨细菌膜转运。有人提出细菌鞭毛是T3SS的进化祖先。与固定在细菌膜上的T3SS基体不同，鞭毛马达的MS环，C环和杆在运转时会高速旋转。细菌内膜中的旋转MS环由蛋白FliF组装。已经发现，MS环包含约24-36个拷贝的FliF，具有内部混合对称性。C环是鞭毛马达的旋转复合体，用于旋转方向转换，由蛋白质FliG，FliM和FliN形成，并与MS环的细胞质侧动态相互作用。杆与MS环和LP环同轴，并且由FliE，FlgB，FlgC，FlgF和FlgG的亚基组成。外膜L环和周质P环分别由蛋白质FlgH和FlgI组装。

文章模式图（图源自Cell ）

由于其复杂性，鞭毛马达对于生物化学和结构生物学研究是一个极具挑战性的主题。在过去的几十年中，有关其功能，低分辨率成像分析以及定子MotAB / PomAB产生力的研究取得了许多进展。生化分析提供了关于鞭毛运动成分化学计量的预测。然而，鞭毛马达的详细结构以及组装和扭矩传递机构仍然不清楚。

在这项研究中，该研究确定了与肠炎沙门氏菌组装状态下的钩处于复杂状态的鞭毛马达的原子分辨冷冻电子显微镜（cryo-EM）结构。这项工作为鞭毛马达的组装和扭矩传递机制提供了高分辨率的结构见解。

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