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爱荷华州立大学

概要：

科学家花了数年时间研究细菌用来抵抗抗生素的结构和机制。研究人员现在可以描述某些致病细菌用于远离抗生素的外排泵和转运蛋白。

爱荷华州立大学Edward Yu实验室的两项新发现增加了细菌如何抵抗抗生素的科学认识。

Yu和他的研究小组刚刚描述了两种结构和机制——外排泵和增强的细胞壁——某些致病细菌用于远离抗生素。这种理解有一天会导致新的治疗方法的产生，这种疗法会使结构失效并恢复药物的有效性。

“我们研究了大量外排泵来了解抗生素耐药性。”物理学和天文学;化学;生物化学、生物物理学和分子生物学;美国能源部的艾姆斯实验室, 爱荷华州立大学的教授Yu说，“细胞壁重塑也是抗菌药物的主要机制。”

“其结构和机制取决于你谈论的细菌，这种细菌自会找到一种方式。”

两个期刊刚刚发表了Yu的研究小组的最新发现:

《Nature Communications》在线发表的一篇论文描述了引起消化道炎症（小肠结肠炎）和相关性腹泻的空肠弯曲杆菌细菌如何使用三分子外排泵来挤压抗菌药物的。该项目是Yu的合作项目。爱荷华州罗伊·j·卡弗生物化学、生物物理学和分子生物学教授Yeon-Kyun Shin;和爱荷华州立医学兽医副主任张启景博士，兽医研究所副主席Frank K. Ramsey博士。爱荷华州副科学家Chih-Chia“Jack”Su;爱荷华州立研究生尹林祥;和爱荷华州博士生Nitin Kumar;是第一作者。

以前的研究报告显示，外排泵的三个分子在同步旋转中工作——一个分子进入，一个分子结合，一个分子挤压——从细胞中泵出抗生素。Yu的研究小组发现，泵的每个部分独立于其他部分工作，基本上在一个结构中创建了三个外排泵。

“这三个独立的泵使它成为一个更强大的多药物外排泵。”

《美国国家科学院院刊》在线发表的一篇论文描述了在免疫缺陷或肺部疾病如囊性纤维化患者中引起肺炎的多噬伯克霍尔德氏菌是如何能够改造和加强其细胞壁，关闭一系列抗菌药物的大门。库马尔和苏是第一作者。

本文重点介绍了这些细菌如何将藿烷类脂质化合物转运到其外层细胞膜上。这些化合物有助于增强薄膜的稳定性和刚度。

“总体而言，我们的数据显示了一种涉及到细胞壁重塑的藿烷类转运的新机制，这对于介导伯克霍尔德氏菌的多药耐药性至关重要，”作者在项目概述中写道。

国立卫生研究院的资助支持这两项研究。来自美国能源部的拨款也支持伊利诺伊州阿贡国家实验室先进光子源进行的的超亮度，高能量X射线实验。

Yu和他的研究团队在成功使用X射线晶体学来描述和理解细菌中外排泵，转运蛋白和调节器的结构方面有悠久的历史。他研究小组网站上的一个画廊展示了21个不同结构的色带图。

由于Yu对细菌中抗菌素耐药性的认识有重大贡献，今年早些时候，美国微生物学会选举他为一名院士。

Yu说，在对抗菌素耐药结构和机制的全面了解后，他的研究小组开始研究如何关闭外排泵和转运蛋白。

“我们正在试图找到一种抑制剂，”Yu说。“我们正在考虑做更多的平移科学，我们掌握了很多关于这些外排泵的结构和功能的丰富信息，为什么不使用它？”