细菌鞭毛旋转与转向的秘密

　　一项在2024年4月17日发表在《Nature Microbiology》上的研究，通过冷冻电镜(cryo-electron microscopy，cryo-EM)技术，揭示了细菌鞭毛如何旋转和改变方向的分子机制。这项研究不仅增进了我们对细菌运动性的理解，还可能对开发新的抗生素和治疗细菌感染提供新思路。

　　细菌的趋化性的偏向随机游走对于存活和发病机制至关重要，这个过程依赖于双向鞭毛旋转。鞭毛的旋转由一个包含多个环的超复杂体——鞭毛马达(flagellar motor)所驱动。在这项研究中，科学家们专注于构成鞭毛马达的C环(C-ring)的结构，这一部分负责在顺时针(CW)和逆时针(CCW)之间切换鞭毛的旋转方向，因此被称为“开关”。研究团队利用冷冻电镜技术，解析了沙门氏菌(Salmonella enterica)的内膜MS环和C环在不同旋转姿势下的高分辨率结构。他们发现，在旋转姿势之间存在显著的构象差异，包括FliF/FliG结构域的180°旋转，这一旋转使得原本向外的MotA/B结合位点转向内部。此外，研究还揭示了调节蛋白如何特异性地与顺时针姿势的C环结合。

　　鞭毛马达和开关结构

　　通过冷冻电镜技术，研究者解析了与CCW姿势下的C环相关联的MS环的结构。这些发现为理解细菌如何通过鞭毛马达进行化学趋向性提供了新的视角，并为开发针对细菌运动的新型抗菌策略奠定了基础。研究结果不仅对微生物学领域具有重要意义，也可能对医学、生物工程和纳米技术等领域产生深远影响。

　　参考：Singh, P.K., Sharma, P., Afanzar, O. et al. CryoEM structures reveal how the bacterial flagellum rotates and switches direction. Nat Microbiol (2024). https://doi.org/10.1038/s41564-024-01674-1