我学者解析致病菌胞壁酸翻转酶功能机制

记者从中国科技大学了解到，该校国家微尺度材料科学研究中心与生命科学院陈宇星教授、周教授、峰教授等课题组合作，对金黄色葡萄球菌胞壁酸转化酶转运胞壁酸的机制和转化酶特异性抑制剂的抑制机制进行了研究。该研究结果最近发表在微生物学领域的专业杂志《分子生物技术》上。

耐甲氧西林金黄色葡萄球菌是临床主要致病菌之一。由耐甲氧西林金黄色葡萄球菌引起的感染很难治愈，甚至可能导致死亡。由于近年来抗生素的滥用，出现了对所有β-内酰胺类药物具有耐药性的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌菌株。研究表明，作为金黄色葡萄球菌细胞壁主要成分的胞壁酸是引起耐药性的关键因素之一。在革兰氏阳性菌中，胞壁酸是一种与肽聚糖共价连接的阴离子聚合物。细胞质酸在细菌分裂、生物膜形成、宿主定居和细菌感染中起重要作用。因此，胞壁酸合成途径中的关键酶是新型抗菌药物的重要靶点。作为最有潜力的抗生素靶标之一，转化酶及其抑制剂已被广泛研究。先导化合物的小分子特异性抑制剂最近被确定为具有高特异性抑制效率的抑制剂，但其抑制的分子机制尚不清楚。

研究人员用冷冻电子显微镜分析了金黄色葡萄球菌细胞壁酸性转化酶的同源蛋白。基于这种结构，研究人员计算了底物运输通道。通过分析构成通道的氨基酸残基的性质，结合生理学实验，阐明了底物特异性识别的机理。通过结构比较研究，提出了转化酶及其同源蛋白利用“曲柄连杆”原理实现底物转运的分子机制。具有相似结构特征的贝克曼库尔特转运蛋白可以利用这种机制通过相对较小的整体构象变化来转运较大的底物。

本研究通过生化实验和计算机模拟进一步确定了特异性抑制剂结合转化酶的确切位点，并阐明了其抑制转化酶转运胞壁酸的分子机制。研究结果将为抗耐甲氧西林金黄色葡萄球菌新抗生素的设计和优化提供结构基础和理论指导。