清華施一公CellRes揭示細菌耐酸機制

　　來自清華大學生命科學學院醫學院的研究人員在新研究中證實，L-谷氨酰胺通過酶促反應釋放氨，使得大腸桿菌獲得了耐酸性。相關論文“L- glutamine provides acid resistance for Escherichia coli through enzymatic release of ammonia”發表在1月22日的《細胞研究》(Cell research)雜志上。

　　文章的通訊作者是清華大學生命科學院院長施一公教授，其研究組主要致力于運用結構生物學和生物化學的手段研究腫瘤發生和細胞凋亡的分子機制，集中于腫瘤抑制因子和細胞凋亡調節蛋白的結構和功能研究、重大疾病相關膜蛋白的結構與功能的研究、胞內生物大分子機器的結構與功能研究。

　　食物傳播性細菌對于全球健康構成威脅。1982年，大腸桿菌菌株O157:H7就引發了全球大流行。2011年，大腸桿菌菌株O104:H4導致了歐洲疫情爆發，造成18人死亡，每500人中有一人染病。為了能夠通過pH值約為2的胃，以及在其他酸性環境中存活，大腸桿菌形成了精密的耐酸性系統 (ARs)。

　　在三種已知的ARs中，AR1的功能機制仍然不清楚。相比之下，AR2和AR3的分子機制得到了更深入地解析。AR2包含有一個氨基酸反向轉運蛋白 GadC，負責細胞外L-谷氨酸(Glu)與細胞內γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid ，GABA)的交換。兩個Glu脫羧酶GadA和GadB將Glu轉變為GABA。與AR2相似，AR3也具有兩個組件：反向轉運蛋白AdiC和精氨酸脫酸酶AdiA。AR2或AR3一次完整的循環可將細胞質中的質子排出至細胞外環境中，由此提高細胞內pH，促進細菌在酸性環境下存活。

　　全面了解細菌AR對于有效的臨床預防及治療均有重要的意義。因為所有的食物傳播性致病菌都必須通過極酸性胃，了解細菌在pH值為2-3的環境下的生存機制極其重要。當前，研究人員對于這些機制的了解還遠遠不夠。

　　在這項研究中，研究人員鑒別了一個新型大腸桿菌耐酸性系統，證實其依賴于谷氨酰胺酶YbaS和氨基酸反向轉運蛋白GadC。這種YbaS和GadC 可被酸性pH激活，且只在pH值小于等于6.0時才能適當發揮功能。通過吸收L-谷氨酰胺(Gln)，大腸桿菌利用YbaS將之轉化為L-谷氨酸 (Glu)，伴隨釋放氣態氨。游離氨中和質子，導致酸性環境下細胞內pH增高。GadC則負責細胞外Gln 與細胞內Glu 交換。通過這一耐酸系統，確保了大腸桿菌在極酸性環境下生存。

　　新研究對于了解細菌的生理學具有重要的意義，且為開發針對腸道致病菌的抗生素提供了新認識。

　　作者簡介：

　　施一公 博士

　　教授，博導，長江講座教授，國家杰出青年基金獲得者

　　1985-1989 　清華大學生物科學與技術系，學士

　　1990-1995 　美國約翰霍普金斯大學醫學院，分子生物物理學博士

　　1995 　 美國約翰霍普金斯大學醫學院，博士后

　　1996-1997 美國史隆凱特林癌癥研究中心結構生物學實驗室，博士后

　　1998-2001　 美國普林斯頓大學分子生物學系，助理教授

　　2001-2003　 美國普林斯頓大學分子生物學系，(終身)副教授

　　2003-2008　 美國普林斯頓大學分子生物學系，(終身)教授

　　2007-2008　 美國普林斯頓大學分子生物學系，Warner-Lambert/Parke-Davis教授

　　2008-至今 清華大學生命科學學院，教授、博導

　　主要科研領域與方向：

　　主要運用結構生物學和生物化學的手段研究腫瘤發生和細胞調亡的分子機制，集中于腫瘤抑制因子和細胞凋亡調節蛋白的結構和功能研究與重大疾病相關膜蛋白的結構與功能的研究