清華新聞網(wǎng)2月18日電 細(xì)菌素（Bacteriocins）是細(xì)菌分泌的一類(lèi)具有殺菌活性的蛋白質(zhì)，不僅在微生物競(jìng)爭(zhēng)中發(fā)揮重要作用，也具有作為抗生素替代物的潛力。其中，噬菌體尾樣細(xì)菌素（PTLBs）因結(jié)構(gòu)與噬菌體尾部高度相似而備受關(guān)注。F型PTLBs與長(zhǎng)尾噬菌體的尾部同源，且都具有柔性、不可收縮的管狀結(jié)構(gòu)，但這一類(lèi)細(xì)菌素具體的分子組裝和殺菌機(jī)制長(zhǎng)期未明。Monocin是一種代表性的F型噬菌體尾樣細(xì)菌素，由李斯特菌屬（Listeria）微生物產(chǎn)生，對(duì)常見(jiàn)食源性致病菌單核細(xì)胞增生李斯特菌（Listeria Monocytogenes）具有特異性殺傷作用，對(duì)其結(jié)構(gòu)-功能的理解有助于開(kāi)發(fā)新型抗菌藥物。
2月16日，清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/北京生物結(jié)構(gòu)前沿研究中心王佳偉課題組在《自然·通訊》（Nature Communications）上發(fā)表了題為“一種單核細(xì)胞增生李斯特菌來(lái)源的F型噬菌體尾樣細(xì)菌素的結(jié)構(gòu)”（Structure of an F-type Phage Tail-Like Bacteriocin from Listeria monocytogenes）的研究論文。研究解析了單核細(xì)胞增生李斯特菌產(chǎn)生的F型噬菌體尾部樣細(xì)菌素Monocin的高分辨率冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，首次揭示了這一類(lèi)抗菌蛋白復(fù)合物的結(jié)構(gòu)組裝細(xì)節(jié)，為理解其殺菌機(jī)制及開(kāi)發(fā)新型抗菌療法提供了關(guān)鍵科學(xué)依據(jù)。
研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)基因工程手段在乳酸乳球菌中表達(dá)了Monocin的11個(gè)結(jié)構(gòu)基因及2個(gè)調(diào)控基因，并利用冷凍電鏡技術(shù)解析了其原子結(jié)構(gòu)。盡管Monocin整體結(jié)構(gòu)柔性較高，但團(tuán)隊(duì)通過(guò)分段解析策略，分別獲得了近側(cè)“帽區(qū)”（Cap）、遠(yuǎn)側(cè)“尖端”（Tip）及“側(cè)纖維”（Side Fiber）區(qū)域的高分辨率結(jié)構(gòu)，并成功構(gòu)建了完整的分子模型（圖1）。
圖1.Monocin的結(jié)構(gòu)
Monocin全長(zhǎng)約103納米，由22個(gè)六聚體環(huán)狀主要尾部蛋白（TTP-FtbG）螺旋狀堆疊形成柔性管狀核心，相鄰環(huán)的FtbG由二硫鍵連接。尾管近側(cè)由終止蛋白（TrP-FtbF）六聚體封閉形成帽區(qū)，遠(yuǎn)側(cè)則由基板樞紐蛋白（BHP-FtbL）三聚體封閉并形成尾刺，并通過(guò)遠(yuǎn)側(cè)尖端蛋白（DTP-FtbK）三聚體連接的“釣竿-三鉤”復(fù)合體（FtbN三聚體）與側(cè)纖維結(jié)合。
側(cè)纖維中，F(xiàn)tbP蛋白三聚體末端的受體結(jié)合域（RBD）可精準(zhǔn)錨定宿主細(xì)胞。側(cè)纖維的另一組分FtbO蛋白三聚體通過(guò)鐵離子配位穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)表明，截短或刪除FtbO不影響Monocin整體的結(jié)構(gòu)組裝，但會(huì)破壞其殺菌活性（圖2），表明FtbO可能在殺菌過(guò)程中發(fā)揮重要功能。
圖2.Monocin的組裝與功能
清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/北京生物結(jié)構(gòu)前沿研究中心王佳偉副教授和生命科學(xué)學(xué)院2020級(jí)博士畢業(yè)生葛霄飛為論文共同通訊作者，清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院2022級(jí)博士生顧志煒為論文第一作者。
電鏡數(shù)據(jù)采集在國(guó)家蛋白質(zhì)科學(xué)研究（北京）設(shè)施的冷凍電鏡平臺(tái)完成。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金的經(jīng)費(fèi)支持。清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院江鵬副教授給予了寶貴的李斯特菌株。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-025-57075-3
供稿：生命學(xué)院
編輯：李華山
審核：郭玲
