近年来，在其他细菌中发现的蛋白毒素系统揭示了蛋白性武器在种间斗争中的重要性。但这类系统在链霉菌中却一直未被发现。这留下了一个巨大的知识空白：链霉菌是否仅依赖于小分子抗生素进行竞争？它们是否也装备了用于“近身格斗”的蛋白毒素？

本研究正是为了回答这一根本性问题。一个由华盛顿大学Joseph D. Mougous教授领衔的研究团队，通过整合结构生物学、生物化学、微生物遗传学和生物信息学等多学科手段，最终揭开了链霉菌隐藏已久的秘密武器库——伞状毒素颗粒，为我们理解土壤微生物的生存策略打开了一扇新的大门。

一、核心发现：一种前所未见的“伞状”毒素颗粒

由Joseph D. Mougous教授领导的研究团队，成功在天蓝色链霉菌中鉴定并解析了一种全新的抗菌系统。由于其独特的形态，他们将其命名为 “伞状毒素颗粒”。

研究团队通过冷冻电镜解析了其高分辨率结构，因其形似雨伞而命名为“伞状毒素颗粒”，由一个环状冠部、一个长柄和五根末端带有凝集素的辐条构成。其独特的结构与组装机制：

二、独特的结构与组装机制

UmbC蛋白构成颗粒的核心骨架，其ALF重复序列形成环状冠部，卷曲螺旋结构域形成长柄。

UmbA蛋白一端通过类胰蛋白酶结构域与UmbB适配蛋白结合，另一端的凝集素结构域位于辐条末端，推测用于识别目标细胞。

UmbB作为关键桥梁，同时与UmbC和UmbA结合，将五根辐条锚定在冠部。

三、特异性的生物学功能

研究人员发现，该毒素并非广谱抗菌，而是特异性靶向其他链霉菌物种，而功能实验表明，特定的伞状毒素颗粒（如Umb2）能迅速中止目标菌的营养菌丝生长，但不影响孢子萌发。同时，在共培养竞争中，产毒菌株相比不产毒突变体展现出超过600倍的适应性优势。

四、广泛的系统分布与多样性

生物信息学分析表明，伞状毒素系统在近1000种放线菌中存在，表明其在自然界中扮演着重要且广泛的生态角色。其毒素结构域和凝集素结构域具有极高的多样性，提示其正处于持续的“分子军备竞赛”进化中

伞状毒素颗粒代表了一类全新的细菌竞争机制，其作用方式和作用对象均不同于链霉菌已知的小分子抗生素，这项工作揭示了在土壤微生物群落中，蛋白毒素在塑造种间关系、维持生态平衡中可能发挥着与抗生素同等重要的作用。

原文出处： https://www.nature.com/articles/s41586-024-07298-z