超級細菌，也被稱為革蘭氏陰性細菌，正在引發(fā)全球性的健康危機。根據(jù)美國疾病控制中心(CDC)的數(shù)據(jù)，每年在美國，至少有200萬人患有抗生素耐藥性感染。其中23,000人死亡。

阻礙這場危機的一種方法是避免收縮。但沒有人去尋找細菌感染。因此，雖然醫(yī)療保健專業(yè)人員和食品行業(yè)致力于限制大腸桿菌，葡萄球菌和致命的艱難梭菌感染的傳播，但研究人員正在尋找新的方法來避開令人印象深刻的革蘭氏陰性防御系統(tǒng)。

希金斯化學與化學生物學教授Daniel Kahne和他的實驗室致力于確定革蘭氏陰性菌的工作原理。在過去的十年中，他和他的團隊發(fā)現(xiàn)了一種完整的機器，可以構建每種細菌的強大保護作用，這是一種由稱為脂多糖(LPS)的強力分子構成的外膜。

“由于某些革蘭氏陰性感染沒有抗生素，因此了解外膜如何組裝以及如何干擾組裝具有重大的醫(yī)學意義，”Kahne說。

施工并不簡單。笨重的LPS在細菌的細胞質(zhì)內(nèi)部形成，細胞質(zhì)通過另外兩個屏障與外膜分離。在細胞質(zhì)內(nèi)，分子ATP提供足夠的能量來產(chǎn)生LPS構建塊并將它們移動到細胞周圍，就像微觀建筑工人一樣。但是這些工人(ATP)不能越過膜屏障將LPS運輸?shù)酵饽すぷ鲌鏊?/p>

研究生特里斯坦歐文斯決定解開這個謎團。2013年，在卡塔爾教學一年后，歐文斯回到美國加入Kahne實驗室。那年秋天，他告訴Kahne，他計劃弄清楚LPS是如何進入外膜的，這是科學家自20世紀70年代早期開始研究的一個問題。“顧問經(jīng)常這樣做，我向他保證這是可能的，”卡恩說。

要解決這個謎團，歐文斯必須回答兩個主要問題。首先，如果那些微小的建筑工人不能通過細菌膜跟蹤LPS，那么是什么將分子推到需要去的地方?他和Kahne實驗室已經(jīng)發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)橋引導LPS穿過。但是，沒有任何能量推動構建塊通過，它們應該像許多蘋果扔到空中一樣回落到細胞質(zhì)中。

對于第二個問題，Owens必須首先確定LPS如何進入蛋白質(zhì)橋：細菌機器如何將LPS與漂浮在細胞質(zhì)中的其他分子區(qū)分開來?

“據(jù)估計，在20世紀70年代，每個細胞每隔5分鐘就需要移動約300萬個LPS分子來制造外膜，”Kahne說。細菌機器必須高效。現(xiàn)在，六年后，論文后來，歐文斯可以解釋他們?nèi)绾芜\作良好的組織運作。

在自然界發(fā)表的一篇論文中，第一作者歐文斯確定了兩種晶體結構，負責從細胞質(zhì)中提取LPS并將分子移到蛋白質(zhì)橋上。之前的研究提出LPS通過多種途徑進入橋梁，但歐文斯的工作確定ATP沿著一條路徑穿梭分子。

歐文斯還發(fā)現(xiàn)，如果沒有ATP建筑工人的幫助，LPS如何繼續(xù)穿過橋梁。像Pez機器一樣，蛋白質(zhì)橋打開和關閉門，使LPS向上移動到外膜。“門為單向運輸提供了解釋，”Kahne說，“因為閘門關閉可以阻止回流。”

越多的科學家知道革蘭氏陰性細菌如何構建它們的外膜，它們越接近拆除其強大的防御能力?，F(xiàn)在，隨著這個已有數(shù)十年歷史的謎團得以解決，研究人員可以開始開發(fā)新的藥物，這些藥物會降低細菌的效率，阻礙機器的運轉(zhuǎn)，并使它們再次容易受到抗生素的侵害。