未知的毒素颗粒
土壤是各种不同的细菌群落的家园。在许多情况下，每克土壤中所包含的细菌物种数量甚至超过10⁹个。在这样的环境下，不同细菌之间的竞争是非常激烈的。不同细菌物种之间的这些激烈竞争，可以决定哪一个细菌物种在混合的微生物群落中更有优势。
链霉菌（Streptomyces）是居住在土壤中的一类常见的细菌属，大多数临床使用的抗生素都源自于这些细菌。这些抗菌分子的存在，也印证了链霉菌与其他细菌之间的激烈竞争。
在一项新发表于《自然》杂志的研究中，科学家发现链霉菌能产生并分泌一种前所未知的、大型的抗菌毒素蛋白，这些毒素蛋白颗粒似乎能被许多细菌用于压制竞争对手的成长。
冷冻电镜下的伞毒素
细菌拥有各种不同的方法来伤害竞争对手，比如它们可以产生抗生素和蛋白质毒素。许多参与这种细菌间竞争的蛋白质毒素是所谓的多态毒素，它指的是同一种蛋白质存在多种不同版本。
新研究所发现的这种由链霉菌产生的大型毒素蛋白颗粒，就是一种多态毒素。这一发现令科学家惊讶，因为长时间以来，科学家们已经知道链霉菌能产生许多小的抗菌分子，但从未发现它们也会利用多态蛋白毒素进行细菌间的竞争。
通过冷冻电子显微术，研究人员揭示了这种大型毒素颗粒的结构：在毒素蛋白的中心，是一个像棒棒糖形状的UmbC蛋白，它的顶端是一个环，与一个长柄相连，毒素区域位于远离环的长柄的另一端。五个“伞骨”从环中延伸而出，每个“伞骨”都包含了UmbB和UmbA蛋白。基于这种类似伞状的独特结构，这种大型的毒素颗粒被研究人员称为伞毒素（umbrella toxin）。
研究人员收集了由一种模式链霉菌（Streptomyces coelicolor）分泌的伞毒素颗粒，并将它们用到一系列细菌物种身上。他们发现这些伞毒素颗粒，会抑制一部分特定的链霉菌物种以及一些与链霉菌同属一类的其他细菌的生长。这表明，这些伞毒素一旦被产生它们的细胞释放到外部环境中，就可以抵达易感细菌，它们无需被注射进受体细胞就能对受体细胞造成伤害。
在进一步的研究中，研究人员还发现伞毒素具有一种不同于小分子抗生素的功能：这些伞毒素颗粒介导了一些具有亲缘关系的细菌物种的营养菌丝体之间的竞争，这些菌丝体是在生殖生长开始时产生的，并且作用广泛。从序列分析来看，研究人员认为伞毒素颗粒的作用还不止于此，因为他们在近1000种放线菌中发现了伞基因座。
探索的前景
近一个世纪以来，科学家们一直在挖掘链霉菌所产生的抗生素，但是从来没有注意到这种新发现的伞毒素。研究人员认为，虽然还有许多与伞毒素颗粒有关的基本生物学问题有待解答，但相信伞毒素对临床医学具有很大的应用潜力。
他们推测，引起肺结核和白喉的细菌或许对伞毒素敏感，这些细菌已经对传统抗生素产生了抗药性。因此，研究人员建议，应该对伞毒素颗粒进行更深的探索，因为它们或许能为抑制这些严重的致病细菌带来希望。
#创作团队：
编译：糖兽
排版：雯雯
#参考来源：
https://newsroom.uw.edu/news-releases/new-class-of-antimicrobials-discovered-in-soil-bacteria
https://www.nature.com/articles/d41586-024-01016-5
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07298-z
#图片来源：
封面图&首图：Angela Gao