革兰氏阴性菌血红素载体蛋白Hemophore的结构及作用机制

血红素作为宿主体内最丰富的铁离子来源,是致病菌营养竞争的主要目标,尤其对于血红素自身合成途径部分丧失的细菌。革兰氏阴性菌血红素转运系统由血红素载体蛋白(Hemophore)、外膜血红素受体、TonB-ExbB-ExbD复合物、ABC转运体等组成。Hemophore是存在于细菌细胞膜上或分泌到胞外环境中的一种蛋白。它能从宿主血红素结合蛋白中捕获血红素并将其传递给外膜受体。目前,在不同革兰氏阴性菌中已发现3种类型的Hemophore,分别是HasA、HxuA和HmuY型。本文将详细描述这3种Hemophore捕获血红素及与外膜受体相互作用的机制,以期为进一步研究其他细菌血红素载体蛋白的功能及作用机制奠定基础。     

革兰氏阴性菌亚铁离子转运系统的组成及作用机制

几乎所有细菌的生长都离不开铁元素。在有氧的环境中,三价铁离子几乎无法被细菌直接利用。但是在宿主胃肠道中,铁元素主要以可溶性的亚铁离子形式存在,它们可通过革兰氏阴性菌外膜直接进入胞周质,在周质通过亚铁离子转运系统,将铁离子转运至胞浆供细菌利用。绝大多数阴性菌主要是通过Feo转运系统利用亚铁离子,大肠杆菌的Feo转运系统由feoA、feoB和feoC3个基因组成。除Feo转运系统外,还发现Yfe转运系统、Efe转运系统、Sit转运系统等。本文重点介绍革兰氏阴性菌Feo转运系统的组成及作用机制,以期为进一步研究细菌亚铁离子的转运机制提供参考。     

革兰氏阴性菌脂蛋白Lol系统转运蛋白的功能及表面展示分泌机制

细菌脂蛋白是细胞膜的重要组成成分,在革兰氏阴性菌的生理及致病性中扮演着重要的角色。革兰氏阴性菌中已知负责胞内脂蛋白转运的是Lol(Localization of lipoprotein)系统。该系统识别成熟脂蛋白的分泌信号,将外膜脂蛋白转运并定位于细胞外膜内侧。近年来的研究发现,跨细胞外膜进行表面展示的脂蛋白实际上在革兰氏阴性菌中广泛存在,其分泌机制开始成为研究热点。为了对革兰氏阴性菌中脂蛋白分泌机制的研究现状有一个系统全面的了解,本文概述了脂蛋白转运过程中Lol系统5个转运蛋白的功能与保守性、不同细菌中脂蛋白分泌信号的差异以及表面展示脂蛋白可能的分泌机制。     

细菌血红素降解蛋白结构特点及作用机制

铁离子是几乎所有生物包括细菌生存必需的营养元素. 在宿主体内,绝大多数的铁离子均以血红素的形式存在于各种血红素结合蛋白,如血红蛋白、肌红蛋白等. 当致病菌感染宿主后,血红素将成为某些致病菌主要的铁离子来源. 致病菌编码血红素转运系统,并利用该系统将血红素转运至胞浆,在胞浆血红素被细菌的血红素降解蛋白降解,释放铁离子供细菌利用. 在致病菌中,目前至少有两种血红素降解酶被发现和鉴定. 第一种为经典的血红素氧化酶(heme oxygenase, HO),它催化血红素氧化形成胆绿素、一氧化碳(CO)和Fe2+;第二种非经典降解酶,包括金黄色葡萄球菌的IsdG/IsdI蛋白及其同系物MhuD蛋白,催化血红素分别产生staphylobilin和mycobilin. 另外,部分细菌内存在其它血红素降解因子,其与前两种血红素降解酶无结构同源性,但在血红素降解实验中可产生胆绿素(biliverdin)或CO,因而被鉴定为“血红素降解蛋白”. 对细菌血红素降解蛋白分子结构解析及作用机制的深入理解,将有助于新的血红素降解蛋白的发现和鉴定.     

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。     

革兰氏阴性菌Ⅵ型分泌系统及其参与金属离子转运的研究进展

细菌通过其分泌系统将特定的效应蛋白输送到外界环境或进入靶细胞中,从而在细菌和宿主、细菌和微生物群落的相互作用中占据适应性优势。Ⅵ型分泌系统（The type VI secretion system,T6SS）是革兰氏阴性菌中广泛存在的大分子分泌装置,其结构和功能类似于可收缩的噬菌体尾针样,通过细胞间直接接触将细菌各种酶或毒素效应蛋白转运到原核和真核生物中,从而介导细菌间竞争以及对宿主的致病过程。有些效应蛋白还可通过非接触依赖的方式进入胞外环境来帮助细菌获取稀缺金属离子,并且它们对应激条件下细胞内金属稳态的维持至关重要。这篇综述总结了Ⅵ型分泌系统的结构、组装及其分泌的效应蛋白,并重点阐述了Ⅵ型分泌系统在多种金属离子转运机制中作用的研究进展,有助于理解T6SS在细菌间相互作用和细菌感染过程中发挥的重要作用。     

铁转运刺激因子研究进展

铁转运刺激因子 (stimulatorofFetransport,SFT)是近年新发现的一个重要的铁代谢蛋白。SFT是一种跨膜糖蛋白 ,含 6个跨膜区域 ,在第一个细胞内环中含有功能上十分重要的REIHE序列。它广泛分布于各组识 ,其主要功能是促进转铁蛋白结合铁和非转铁蛋白结合铁的转运。SFT的基因表达和功能发挥受铁的调控。遗传性血色素沉着病人的肝脏内SFTmRNA的表达显著增加 ,因而SFT超表达可能与遗传性血色素沉着病的形成有关     

血红素加氧酶系统研究现状

血红素加氧酶(HO)是降解血红素的微粒体酶系统,目前已确定的有3种同工酶,它们降解血红素生成一氧化碳(CO)和胆绿素,并释放出铁离子.这3种产物都有重要的生物学意义.为了探讨血红素加氧酶系统的调节机制,就这种机制及3种重要产物的功能作一综述.     

血红素铁数据库及动物性铁估算法评价女大学生铁营养状况

目的：比较血红素铁数据库和动物性铁估算法评估大学生铁营养状况的差异,为大学生膳食铁营养状况评价提供科学依据。方法：采用3 d 24 h膳食回顾法进行膳食调查,利用血红素铁数据库计算调查对象的血红素铁摄入量,同时用动物性铁估算法估算血红素铁摄入量,对两种方法的评价结果进行比较。结果：按动物性铁40%估算,女大学生血红素铁摄入量为0.85 mg/d;按血红素铁数据库计算,女大学生血红素铁摄入量为0.62 mg/d。估算法得到的血红素铁摄入值高于血红素铁数据库计算值（P＜0.05）。结论：在评估大学生铁营养状况时,用动物性铁的40%进行估算会使血红素铁摄入量被高估,应根据肉的种类及部位,使用血红素铁数据库进行评估。     

红平红球菌絮凝基因提取及絮凝剂对血红素肽-铁絮凝特性

优化了红平红球菌(Rhodococcus erythropolis)絮凝基因(NOC-1)的提取条件,探讨了该菌种发酵产生的微生物絮凝荆(MBF)对猪血红蛋白酶解的主要产物-血红素肽铁的絮凝特性.结果表明:采用溶菌酶与CTAB相结合方法,在水浴温度为65℃,时间为20 min条件下,提取絮凝基因,获得了清晰平整明亮的DNA条带,无明显弥散,DNA提取量多且断裂少,利用PCR扩增出了产絮凝基因(NOC-1)16S rRNA,测定并分析了产絮凝基因片段的1400 bp碱基组成.该MBF对猪血红蛋白酶解主要产物,即血红素肽铁絮凝特性与溶液的pH、温度、絮凝方式等有关,当猪血红蛋白酶解溶液pH值为6.0,絮凝温度45℃,结合超声波处理,MBF对血红素肽铁的絮凝率达到最佳,且絮凝沉降规律为拥挤沉淀,絮凝杌理为该菌种产生的MBF为粘多糖,分子上的活性基团(羧基、羟基、氨基等)借助离子键、氢键和范德华力,吸附血红素肽铁形成微粒,并通过架桥方式将2个或更多的微粒交联在一起从而导致絮凝.     

部分革兰氏阴性菌胞外功能 sigma因子结构与调控铁离子的利用机制

铁离子是大多数细菌生存所必需的一种营养物质,但摄入过多的铁离子也会对细菌造成损伤。因此,细菌对铁离子的摄取受到严格调控。革兰氏阴性菌对铁离子的摄取主要受Fur (ferric uptake regulator) 蛋白和σ（sigma）因子的调控。σ因子是RNA聚合酶的可解离亚基,能使RNA聚合酶结合到基因的启动子区域,从而引起基因转录。因此,σ因子在原核生物转录起始过程中必不可少。细菌中存在多种σ因子,参与铁离子调控的σ因子即是胞外功能σ因子（extra cytoplasmic function sigma factor, ECF sigma factor）。通常,胞外功能σ因子活性可被抗σ因子（anti sigma factor）抑制。当受到外界环境信号的刺激,σ因子与抗σ因子解离,从而使σ因子活化并结合RNA聚合酶核心酶形成全酶,引起目的基因的转录。本文将就胞外功能σ因子在σ因子家族中的分类地位、结构特点以及对3价铁离子和血红素的转运调控机制作一综述。     

血红素氧合酶HugZ组氨酸-249对组氨酸-245侧链缺失补偿的结构基础

血红素氧合酶HugZ是幽门螺旋杆菌(Helicobacter pylori)利用宿主血红素作为铁源的关键蛋白．HugZ的His245残基侧链咪唑基与血红素中心铁配位结合,是酶活中心的重要组成部分．用定点突变的方法构建HugZ突变体H245A、H249A和H245A/H249A基因,并将突变体蛋白表达纯化．通过X射线晶体学途径解析了突变体H245A与血红素复合物的2.55Å分辨率晶体结构．结构解析表明,HugZ的His249残基侧链咪唑基团与血红素的铁原子结合,从而补偿了His245侧链缺失．这种结构特征在已知血红素氧合酶中未曾发现．Val238 ψ平面的可翻转和Gly239的柔性是His249能与血红素配位结合的关键原因,二者的共同作用改变了C端肽链的走向,使Val238与His249之间的柔性回折与α1螺旋的相互作用发生解离,并向远离血红素的方向伸展．HugZ蛋白与血红素结合的光谱实验证明HugZ柔性C端上的组氨酸残基有利于HugZ与血红素的结合．研究结果表明,含多个组氨酸残基柔性C端的存在有利于血红素氧合酶HugZ结合和分解血红素．     

功能核酸用于致病菌检测的研究进展

由食源性致病菌引发的疾病对人类健康构成巨大威胁。虽然一些致病菌如金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和沙门氏菌等在诊断和预防方面已经取得了重大进展,但开发快速、高效、低成本的检测方法仍然是一项挑战。功能核酸（functional nucleic acids,FNAs）是一类功能超出核酸常规遗传作用的核酸,主要包括天然的核酶（RNAzymes）、核糖开关（riboswitches）以及体外通过指数富集配体系统进化技术（systematic evolution of ligands by exponential enrichment,SELEX）筛选的适配体（aptamers）、核酶（RNAzymes）和脱氧核酶（DNAzymes）。适配体和脱氧核酶因具有较高的稳定性、特异性和可设计性,使其成为病原微生物识别的理想工具,近年来在生物传感和医学诊断领域备受关注。综述了功能核酸的筛选原理和流程、适配体及具有RNA裂解活性的脱氧核酶（RNA cleavage deoxyribozymes,RCDs）在致病菌检测中的应用进展和面临的挑战,并对其未来的发展前景进行了展望。     

革兰氏阴性细菌外膜主要成分的跨膜转运机制研究进展

革兰氏阴性细菌的外膜由脂多糖、磷脂、外膜蛋白和脂蛋白等成分组成,是细菌抵御外界有害物质的首要物理屏障,与细菌致病性和耐药性密切相关.外膜各组分依赖特定的系统进行跨膜转运,包括脂多糖转运系统(lipopolysaccharide transport, Lpt)、脂质不对称维持系统(maintenance of lipid asymmetry, Mla)、β-桶状装配机器(β-barrel assembly machinery,Bam)以及脂蛋白定位系统(localization of lipoprotein,Lol).这些系统能够保证细菌外膜的完整与稳定,被视为维持细菌生命活动的"命门".因此,本文系统地综述革兰氏阴性细菌外膜主要成分的跨膜转运系统结构与功能,并对其未来研究方向进行展望,为新型靶向抗菌类药物研发提供新的思路.     

Acquisition of Fe from Various Natural Organic Matter Isolates by Aerobic Pseudomonad Bacteria

Iron (Fe) is an essential nutrient to most microorganisms. Aerobic microorganisms exhibit various strategies for acquiring Fe at near-neutral pH conditions, where Fe oxyhydroxides are insoluble. Although much research has focused on microbial acquisition of Fe from minerals, little is known about Fe acquisition from natural organic matter (NOM). Yet, in surface waters, soils and shallow sediments, Fe is often associated with natural organic matter (NOM), and this NOM-associated Fe could represent an important pool of Fe for microorganisms. Here, we investigated the growth of aerobic Pseudomonas mendocina on soil and surface water NOM samples containing Fe, under Fe-limited conditions. In the presence of NOM, bacteria grew to population sizes greater than in no-Fe-added controls, indicating that the bacteria were able to access Fe associated with NOM. Maximum population size correlated with the NOM-associated Fe concentration. In an additional experiment, Pseudomonas putida was able to acquire Fe from an NOM sample, demonstrating that this ability is not limited to P. mendocina. When Fe was added as 30 μ M FeEDTA plus NOM, together in the same reaction flasks, P. mendocina and P. putida growth was less than in the presence of 30 μM FeEDTA alone. The fact that Fe sources are not simply additive and that the presence of NOM inhibits growth in FeEDTA suggests that further study on the responses of bacteria to a combination of Fe sources is needed to understand the complexities of bacterial Fe acquisition in the subsurface.     

革兰氏阴性菌脂多糖运输系统的构成及作用机制

革兰氏阴性菌包含有两层组分不同的膜结构——内膜和外膜,对大多数革兰氏阴性菌而言,脂多糖(lipopolysaccharides,LPS)是其外膜上最主要的脂质成分,锚定在外膜小叶(the outer leaflet of the OM)上,是革兰氏阴性菌固有免疫的重要组成部分。脂多糖运输系统(lipopolysaccharide transport system,Lpt)将胞内装配完整的LPS正确装配到外膜,使得与脂多糖相关的阻渗、有机溶剂耐受性、疏水性抗生素耐受性、膜通透性等功能得以实现。该运输系统的正确作用主要依赖7个不同的脂多糖运输蛋白(Lpt ABCDEFG)协同完成,整个系统贯穿细菌内膜至外膜,由内膜上ABC转运体复合物Lpt B2FG、胞质内转运协同蛋白Lpt A/C及被许多学者称作脂多糖运输的"命门"的外膜蛋白复合物Lpt DE共同构成。本文就革兰氏阴性菌脂多糖的具体结构功能进行简介,进而综述脂多糖运输系统的7个蛋白的构成和作用机制,以期为进一步研究该系统中每个蛋白的功能提供理论基础及参考。     

Time-resolved Studies of IsdG Protein Identify Molecular Signposts along the Non-canonical Heme Oxygenase Pathway

IsdGs are heme monooxygenases that break open the tetrapyrrole, releasing the iron, and thereby allowing bacteria expressing this protein to use heme as a nutritional iron source. Little is currently known about the mechanism by which IsdGs degrade heme, although the products differ from those generated by canonical heme oxygenases. A synthesis of time-resolved techniques, including in proteo mass spectrometry and conventional and stopped-flow UV/visible spectroscopy, was used in conjunction with analytical methods to define the reaction steps mediated by IsdG from Staphylococcus aureus and their time scales. An apparent meso-hydroxyheme (forming with k = 0.6 min⁻¹, pH 7.4, 10 mm ascorbate, 10 μm IsdG-heme, 22 °C) was identified as a likely common intermediate with the canonical heme oxygenases. Unlike heme oxygenases, this intermediate does not form with added H₂O₂ nor does it convert to verdoheme and CO. Rather, the next observable intermediates (k = 0.16 min⁻¹) were a set of formyloxobilin isomers, similar to the mycobilin products of the IsdG homolog from Mycobacterium tuberculosis (MhuD). These converted in separate fast and slow phases to β-/δ-staphylobilin isomers and formaldehyde (CH₂O). Controlled release of this unusual C1 product may support IsdG''s dual role as both an oxygenase and a sensor of heme availability in S. aureus.     

常见致病菌糖基转移酶的结构与功能

糖基转移酶(glycosyltransferases,GTs)将糖基从活化的供体转移到糖、脂、蛋白质和核酸等受体,其参与的蛋白质糖基化是最重要的翻译后修饰(post-translational modifications,PTMs)之一。近年来越来越多的研究证明,糖基转移酶与致病菌毒力密切相关,在致病菌的黏附、免疫逃逸和定殖等生物学过程中发挥关键作用。目前,已鉴定的糖基转移酶根据其蛋白质三维结构特征分为3种类型GT-A、GT-B和GT-C,其中常见的是GT-A和GT-B型。在致病菌中发挥黏附功能的糖基转移酶,在结构上属于GT-B或GT-C型,对致病菌表面蛋白质(黏附蛋白、自转运蛋白等)进行糖基化修饰,在致病菌黏附、生物被膜的形成和毒力机制发挥具有重要作用。糖基转移酶不仅参与致病菌黏附这一感染初始过程,其中属于GT-A型的一类致病菌糖基转移酶会进入宿主细胞,通过糖基化宿主蛋白质影响宿主信号传导、蛋白翻译和免疫应答等生物学功能。本文就常见致病菌糖基转移酶的结构及其糖基化在致病机制中的作用进行综述,着重介绍了特异性糖基化高分子量(high-molecular-weight,HMW)黏附蛋白的糖基转移酶、针对富丝氨酸重复蛋白(serine-rich repeat proteins,SRRP)糖基化修饰的糖基转移酶、细菌自转运蛋白庚糖基转移酶(bacterial autotransporter heptosyltransferase,BAHT)家族、N-糖基化蛋白质系统和进入宿主细胞发挥毒力作用的大型梭菌细胞毒素、军团菌(Legionella)葡萄糖基转移酶以及肠杆菌科的效应子NleB。为揭示致病菌中糖基转移酶致病机制的系统性研究提供参考,为未来致病菌的诊断、药物设计研发以及疫苗开发等提供科学依据和思路。