细菌是如何入侵和杀死人体细胞的？

凤凰科技讯 北京时间12月4日消息，据科学日报报道，近日来自英国伦敦大学学院、伦敦大学伯贝克学院、伦敦大学、莱斯特大学、澳大利亚墨尔本莫纳什大学的一支科学家小组发现了某些特定有害细菌是如何钻入人体细胞并最终杀死细胞的。这项研究显示了细菌“纳米钻头”是如何在人体细胞外表面自我组装的，包括它们是如何在细胞外膜上钻孔的。这项发表在《eLife》期刊上的文章支持了针对这一机制的新型药物的研发，这些机制涉及某些严重的疾病。

细菌是如何入侵和杀死人体细胞的？

与利用DIY工具钻孔，也就是在表面扭曲和打磨的方式有所不同，细菌纳米钻头并不包含旋转的部件。它们是毒素分子自我装配形成的某种环状结构（类似金属圈）。一旦装配成功，毒素将在环内部边缘形成刀锋，划破细胞膜，形成一个钻孔。

为了确定这些环状结构是如何形成的，研究小组成员、伦敦大学伯贝克学院海伦·赛比尔(Helen Saibil)带领的科研小组的成员纳塔利亚·多德金娜（Natalya Dudkina）利用电子显微镜拍摄了几千张包裹有毒素的人造细胞膜图片，多德金娜的主要研究方向是利用电子显微镜绘制生物结构。

“每一个环是由37个毒素分子副本形成的。但除了完整的环状结构，我们还观察到弧形的不完整环。” 多德金娜说道。“然而，我们面临的问题之一便是我们的方法只能记录不同中间阶段细胞膜穿孔过程的快照。”

这一问题的解决办法是创造一个“视频”来记录毒素置于细胞膜上之后发生的一切。而这是利用伦敦大学学院纳米技术伦敦中心巴特·霍根布姆（Bart Hoogenboom）博士实验室的原子力显微镜(Atomic Force Microscopy, 简称AFM)实现的。AFM使用了一根超精细的针来感知，而非看见，细胞表面。这根针反复的扫描细胞表面以产生移动的图片，后者更新速度是如此之快以至于可以显示毒素是如何在细胞膜上移动并在渗入细胞的过程中钻孔的。

“这个过程非常壮观，” 伦敦大学学院霍根布姆实验室的成员梁卡尔（Carl Leung）这样说道。“在毒素初步装配成拱形和环形后，它们不断在细胞膜表面滑过。然后停下来，渗入细胞膜并开始吐出它们钻孔过程中报废的材料，就像你在木材上钻孔时抛出的锯屑。”

研究小组的一项意外发现便是穿透细胞膜并不需要完整的环：即使是相对短的碎片也能够钻孔，即使是更小的碎片也能保持孔的张开，从而使得细菌可以吞噬细胞里的内容。

整体来说，这些发现细节的展示了细胞毒素是如何在细胞膜表面钻孔的。电子显微镜产生的快照显示了环状物在钻孔过程开始和结束时的具体结构，而AFM的移动图片则显示了整个动态过程。

这项发现支持了对以细菌纳米钻头为目标的新型药物的研发，它将帮助治疗某些严重疾病， 包括肺炎、脑膜炎和败血症。莱斯特大学已经开始对这些药物进行广泛的研究，它为这项研究提供了基因改造的毒素形式以帮助鉴别钻孔过程的不同步骤。（编译/严炎刘星）