细菌内依赖TonB的外膜铁转运体的研究进展

铁是细菌所必需的微量营养元素,但由于易被氧化溶解性低,生物体的利用率大大降低。细菌在进化过程中形成多种策略来吸收环境中低浓度的铁,不同类型铁的吸收通过外膜上依赖TonB的转运体(TonB-dependent transporters,TBDTs)完成,TBDTs结合不同形式的铁复合物,通过内膜上的TonB-ExbB-ExbD复合物提供能量完成转运,对其机制的研究一直是微生物基础生命活动研究中的热点问题。近年来新鉴定了一些TBDTs的结构,并对其功能和转运机制有了更深入的研究,对此进行了综述,不仅有助于进一步揭示细菌的铁转运机制,而且有助于寻找新的靶位点以开发新的治疗药物。     

荧光假单胞菌TonB依赖型外膜受体P698的研究

目的:鱼类病原菌荧光假单胞菌是一种革兰氏阴性菌,在水产上可以引起多种经济鱼类的疾病,作为一种鱼类病原菌目前对其致病机理还知之甚少。本研究从鱼类病原菌荧光假单胞菌TSS中克隆得到了一个Ton B依赖型的外膜受体(命名为P698),分析了其与细菌致病性的关系,研究了P698作为亚单位疫苗的免疫保护效应。方法:通过序列分析、荧光定量PCR、基因敲除、体外蛋白重组等方法研究P698的蛋白结构、表达情况以及其与细菌毒力的联系和免疫原性。结果:研究发现P698具有Ton B依赖型外膜受体家族的典型结构。与正常培养条件相比,在缺铁条件下培养的TSS中p698基因的表达没有明显变化。通过插入失活获得p698缺失的突变株TSSP,生长分析发现跟野生株相比,突变株TSSP的生长能力有明显降低。在以大菱鲆为模型的活体侵染实验中发现,与野生株相比,突变株的体内侵染复制能力都有明显降低。为检测P698的免疫保护性,我们对P698进行了体外重组表达,获得了重组蛋白。用重组P698蛋白作亚单位疫苗免疫大菱鲆,在免疫后一个月的鱼体检测到了特异抗体的存在,并且受免疫鱼对于致死剂量的TSS攻毒表现出了显著的保护效应。结论:我们的研究结果表明P698与细菌的侵染有一定相关性,并且作为亚单位疫具有一定的免疫保护效应。     

部分革兰氏阴性菌TonB蛋白的结构特点及作用机制

摘要:在革兰氏阴性菌内,TonB系统对环境中的重要营养物质的摄取至关重要。TonB系统由锚定在内膜的ExbB-ExbD和周质蛋白TonB组成,它为TonB依赖性外膜受体(TBDTs)提供能量,使其转运营养物质。TonB系统普遍参与了铁、血红素、维生素B12、碳水化合物及多种过渡金属元素等多种重要物质的转运过程。TonB蛋白的功能与其特殊的结构密切相关,它的结构包括起固定作用的氨基端结构域、柔韧可变的脯氨酸富集的中间结构域和与TonB依赖性受体相互作用的羧基端结构域。虽然TonB蛋白结构特点较为清晰,但 其精确作用机制尚未被完全揭示。本文综述了革兰氏阴性菌TonB依赖性的营养物质摄取、TonB蛋白的结构特点、作用机制模型及表达调控,以期为进一步研究TonB蛋白功能提供理论基础和参考。     

Taking the Escherichia coli TonB Transmembrane Domain “Offline”? Nonprotonatable Asn Substitutes Fully for TonB His20

The TonB system of Gram-negative bacteria uses the proton motive force (PMF) of the cytoplasmic membrane to energize active transport of nutrients across the outer membrane. The single transmembrane domain (TMD) anchor of TonB, the energy transducer, is essential. Within that TMD, His20 is the only TMD residue that is unable to withstand alanine replacement without a loss of activity. H20 is required for a PMF-dependent conformational change, suggesting that the importance of H20 lies in its ability to be reversibly protonated and deprotonated. Here all possible residues were substituted at position 20 (H20X substitutions). The His residue was also relocated throughout the TonB TMD. Surprisingly, Asn, a structurally similar but nonprotonatable residue, supported full activity at position 20; H20S was very weakly active. All the remaining substitutions, including H20K, H20R, H20E, and H20D, the obvious candidates to mimic a protonated state or support proton translocation, were inactive. A second-site suppressor, ExbB(A39E), indiscriminately reactivated the majority of H20 substitutions and relocations, including H20V, which cannot be made protonatable. These results suggested that the TonB TMD was not on a proton conductance pathway and thus only indirectly responds to PMF, probably via ExbD.     

革兰氏阴性菌TonB依赖性受体的功能与结构研究进展*

为维持生长所需,革兰氏阴性菌需要从外界摄取多种营养物质。分子量小于600 Da的分子可以通过自由扩散的方式通过革兰氏阴性菌的外膜,而大分子物质则需要特殊的转运系统才能将其转运至革兰氏阴性菌的胞内。革兰氏阴性菌对大分子营养物质的识别和转运主要由TonB依赖性受体负责完成。所有革兰氏阴性菌中均有TonB依赖性受体的存在,然而不同种类的革兰氏阴性菌拥有TonB依赖性受体的数量不同且功能各异。最近研究表明,TonB依赖性受体不仅参与了铁、血红素、锰、锌、镍、维生素、碳水化合物等多种营养物质的摄取,而且参与了蛋白酶的分泌。为对TonB依赖性受体提供更为深入和系统的理解,详细介绍了目前已知的TonB依赖性受体的功能及结构,以期为更进一步探知TonB依赖性受体未知功能提供可参考依据。