JACS：揭開細菌的“致命要害”

　　耐藥菌正迅速成為21世紀的一個大問題。現在，哥本哈根大學的研究人員已經發現了細菌一個以前未知的弱點——一個“致命弱點”。他們的這一發現——細菌能量代謝的一個關鍵步驟，可能是開發一種全新形式抗生素的第一步。

　　哥本哈根大學化學系和納米科學中心副教授Nikos hatzakis，連同英國利茲大學的副教授Lars Jeuken等人一起，將這項研究結果以“Single Enzyme Experiments Reveal a Long-Lifetime Proton Leak State in a Heme-Copper Oxidase”為題，發表在國際化學領域頂級期刊《Journal of the American Chemical Society》（JACS）。

　　細菌將質子泵進和泵出它們的細胞，以保持內外pH值有一個精細調節的失衡。這種不平衡，或梯度，是在微生物ATP生產的有力來源，非常像水壓的差異是水力發電機的能量來源。反過來，ATP給在細菌中的大部分生物過程提供能量，因此，如果能夠操縱這個pH值失衡，就可能是抑制細菌的一種強大的方法。

　　經過仔細研究，研究小組發現了通過操縱質子泵控制pH平衡的一種方法。他們發現，當細菌在內部變得危險發酵的時候，質子泵可能會泄漏。Nikos Hatzakis說，換句話說，當內外失衡變得太大時，它就會泄漏。

　　Nikos Hatzakis指出：“我認為，泄漏的機理是細菌的一個安全閥。如果我們能設計一種藥物，靶定質子泵中的這種安全閥，這實際上將是一種非常強大的抗生素，所以，泄漏狀態是一個嚴重的弱點：一個致命的弱點。”

　　質子泵本身就是一種酶，只有5納米跨度。它坐落在細菌表面，或膜上。測量泄漏并不是件容易的事。Sune Jorgensen在丹麥完成了大部分工作，他解釋說，為了看到它，該研究團隊“如外科手術般的”將泵從細菌細胞膜上移除，并將其放置在顯微鏡載玻片上，但是僅僅觀察是不夠的。

　　Sune說：“我們希望能夠控制這個泵：打開和關閉它。為此，我們構建了一個微小的電極。我們給顯微鏡載玻片涂上了30納米的黃金層。這很薄，足以看透，但卻導電，所以它可讓我們用一股電流打開和關閉這個泵。”

　　據Hatzakis介紹，細菌安全閥的這一發現，與經典的生物學觀點不一致，后者認為，酶和蛋白質是可被激活或去激活的。為了找到一個正在運行、但工作表現不佳的蛋白，我們有了一個意外的發現。

　　Hatzakis繼續說：“這個結果顯然是有趣的，因為其在抗生素研究中的可能應用，而且它也回答了有關‘酶是如何工作的’的一個基本問題。”

　　“破譯這種行為，需將結合化學、生物學和納米技術的見解獨特地結合起來。以前沒有人發現過一個起作用的泵，但我們設法一次看到了一個或極少數。這是很酷的。”

　　Hatzakis說：“像科學上的許多好的答案一樣，這也提出了新的問題，并為它的應用鋪平了道路。我們或許可以設計某種藥物，利用細菌的弱點，用哥本哈根大學化學系、納米科學中心的單分子技術，回答接下來的問題。”