作者丨辛雨
R型真菌素是最小的可收缩的纳米机器，有望成为精确的青霉素。
每一种灭菌复合物都使用一个套环来联接一个中空管，该中空管具有由基板支架以亚稳态加载的可收缩鞘。
这些用于精密医学的无核苷酸蛋白质机器的微调，须要对整个复合物和收缩机制进行原子性描述，然而这在T4噬菌体（含DNA）的基板结构中是难以得到的。
4月15日，日本加洲学院纽约校区院长周正洪和JeffF.课题组在《自然》发表论文，报告了完整的R2脓菌素在收缩前和收缩后状态的原子模型细胞膜模型制作，每位包含10个基因产物的11个奇特原子模型的384个亚单位。
以可收缩纳米管为基础的机器广泛应用于真菌领域，其功能是穿透细胞膜，传递有效的蛋白质或DNA，或创建离子转移的通道。
收缩型分泌系统（T6SSs）将蛋白质分别注入真核细胞或真菌细胞中，以推动发病或杀害竞争对手。
以铜绿假单胞菌形成的R型脓毒球菌为例的噬菌体尾巴样真菌素，借助同样的收缩力通过耗散其膜电位来杀害竞争病菌。
病毒噬菌体（如P2和T4）就是借助类似的收缩机制将DNA转移到真菌细胞中。
这种可收缩的纳米机器借助弹簧加载的鞘管组件穿透目标细胞表面。
这个过程伴随着大量的结构转变，包括由基板触发的鞘层收缩，这早已被子粒子高温电子显微镜和细胞高温电子层析成像所观察到。
其实在噬菌体、脓菌素和T6SS中细胞膜模型制作，能量的存储大多相像，但因为T6SS中存在额外的细胞膜，其触发机制可能不同。
相比之下，一些其他的传输系统，如T3SS和T4SS，不携带用于穿透的储存能量或用于触发的基板状结构。
基板从预收缩状态过渡到后收缩状态
起初报导的工程T4管-基板复合物显示了基板蛋白的静态结构，但缺少鞘层来告知其怎样接收收缩讯号。
近来，来自毒力盒和反食性原噬菌体的除虫收缩毒素传递系统的高温电子显微镜结构，展示了这些噬菌体尾巴样收缩系统在自然界的广泛存在。
R型脓毒素相对简单，便于工程实现，是研究收缩结构的理想模型系统。
研究人员之前对R2脓毒素鞘和管在收缩前和收缩后的螺旋重建，阐明了收缩的能量是怎样通过形状和电荷互补来存储和释放的。
但是，因为在基板和挂链上缺少原子细节，因而未能了解引起鞘收缩的分子触发机制，也难以了解由此形成的结构是怎么稳定出来以推动灭菌的。
在该研究中，研究人员从单粒子高温电子显微镜和x射线晶体学报告了脓毒素在收缩前和收缩后的原子模型，推论并测试了灭菌纳米机器的作用模型。
这种结构的比较表明，脓菌素收缩期间发生了以下一系列风波：尾纤维触发了基板三联体的侧向分离；分离后引起一系列造成鞘收缩的风波；这些收缩将物理能转化为机械力，促进铁头管穿过真菌细胞表面，杀害病菌。
脓菌素中鞘层的三种构型类型
研究人员表示，该模型将目标细胞的特定辨识与杀伤机制的通用布署结合上去，为借助这种结构作为精确抑菌剂提供了至关重要的信息。
在原子模型的基础上，研究人员建立了一个最小的收缩机，这个收缩纳米机器包括12个鞘层，可以呈现R2脓菌素两种状态之间的变型。
值得注意的是，因为收缩鞘的存在，管在动力冲程中发生的旋转运动，可能有助于刺突穿透目标细胞表面。
R型脓毒球菌素和相关的R型真菌素正在作为一类新的抗菌素被开发。
它们的结构的一个奇特之处在于，受体结合蛋白赋于的高度特异性的目标辨识直接与作用机制相结合。
这些精细的特异性使我们能否选择性地杀灭病支原体，而不会形成例如菌群失调等脱靶效应的意外后果，也不会在脱靶的真菌物种或弧菌中选择可传播的药物耐药性。
工程受体结合蛋白改变R型脓菌素结合的特异性早已被证明。
研究人员表示，对于这些须要从复杂的真菌生态系统中精确地消融病衣原体的应用，一个较不敏感的触发将会最小化脱靶效应，而且只有在与正确的真菌细胞紧密结合时就会触发杀害机制。
相反，在完全感染的情况下（如肺炎），单个病支原体早已生长到莱州度，一个更敏感的触发将容许更有效地杀害与目标的碰撞。
相关论文：