單突變嚴重影響細菌轉運蛋白的結構與功能

最近，在《eLife》雜志上發表的一項新研究發現，通過對某個細菌蛋白進行單個氨基酸突變，會改變其結構和功能，進而揭示了復雜基因進化的影響。這項以大腸桿菌為對象的研究可以幫助人們更好地理解轉運蛋白的進化及其在耐藥性中的作用。

紐約大學化學系副教授，該研究的資深作者Nate Traaseth說：“我們發現微小的突變對于轉運蛋白的結構和功能十分重要。”

細胞膜是保護細胞內部不受外界環境的影響的關鍵。轉運蛋白位于細胞膜中，它能夠調控物質進出細胞的過程。這些轉運蛋白通過在細胞膜一側裝載貨物，然后通過改變其結構在另一側釋放，從而主動地使物質在細胞膜兩側轉運。

此前研究表明，膜轉運蛋白通常由多個重復元件組成。在復雜的轉運蛋白中，每個結構單元的遺傳序列融合在一起，成為編碼該蛋白質的基因。研究者們認為，這種重復的模式是由分子量較小的膜蛋白基因演化而來，并通過復制融合在一起。然而，研究者們一直不清楚從單個融合基因產生更復雜的轉運蛋白是否具有進化優勢？

為了對此進行調查，紐約大學化學系的Traaseth及其同事Maureen Leninger和Ampon（Callie）Sae Her研究了一種在大腸桿菌中發現的簡單轉運蛋白。某些大腸桿菌菌株可能會導致嚴重疾病的發生，并且它們對抗生素的抵抗力越來越強。究其原因，是由于細菌膜上的轉運蛋白EmrE能夠將“有毒”化合物主動排出。

已知EmrE由兩個相同的蛋白質亞基組成，實驗表明，改變兩個蛋白質亞基之一中的單個氨基酸（構成蛋白質的結構單元），使其彼此產生微小差異，能夠顯著改變轉運蛋白的結構和功能。

這種平衡的打破會改變轉運蛋白從大腸桿菌中去除有毒化學物質的能力，并降低細菌對藥物的抗藥性。總之，該研究可能對藥物開發和抗藥性研究產生影響。

Traaseth說：“盡管這些發現的臨床應用距離我們只有幾步之遙，但了解藥物轉運蛋白的進化使我們對細菌如何通過突變產生耐藥性有了新的認識。”