细菌的形态多种多样，这与它们在各自生态情形中的顺应能力亲近相关。只管研究普遍，但决议细菌细胞形态的因素在许多情形下仍然未知。由 Martin Thanbichler向导的研究团队现已发明光合细菌Rhodospirillum螺旋形状的形成机制，为细胞形状与顺应能力之间的关系提供了新的看法。
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图片信息：红螺菌（RHODOSPIRILLUM RUBRUM）
细菌的形状转变多端，除了像大肠杆菌这样的杆状细菌之外，尚有许多弯曲甚至呈螺旋形的细菌。弯曲的形态在细菌定植于外貌并在粘稠情形中移动的能力中起到主要作用。因此，研究职员正致力于明确细菌细胞曲率的分子细节，希望未来能够加以控制，并由此寻找新的战略应对相关挑战。
最近，由现任德国马尔堡大学教授、马克斯·普朗克研究员Martin Thanbichler向导的国际研究小组深入探索了光合细菌Rhodospirillum rubrum的形态特征。这种细菌在情形中普遍保存，因其能使用一氧化碳固氮，同时天生氢气和生物塑料的构建质料，而具有潜在的生物手艺应用价值。
研究职员惊讶地发明，在这种细菌中，两个被称为孔卵白的通道卵白以螺旋形式排列在细胞的外曲面，这些结构通过一种称为PapS的脂卵白与细胞壁细密毗连。令人意外的是，当缺少PapS或当研究职员阻止其与孔卵白结适时，细胞便失去弯曲形态而变得笔挺。
孔卵白的双重功效
图片信息：野生型红小檗的细胞呈自然的螺旋状弯曲。没有编码脂卵白PapS的基因，它们就呈直线形状。细胞的曲率是由外细胞膜上的螺旋卷曲结构的孔卵白实现的，这些孔卵白与脂卵白PapS形成稳固的相互作用。这些卵白质的积累困绕了认真细胞壁形成的生物合成机制，从而导致局部细胞伸长增添，导致细胞体扭曲成螺旋形状。
PapS为何对细胞曲率云云主要 ？“孔卵白似乎进化出了除交流营养物质之外的第二种功效，”Martin Thanbichler诠释道。“与PapS协同作用时，它们会控制一个分子机械在细胞体周围的循环移动。这个机械将新质料融合到现有的细胞壁上，从而使细胞伸长。在像大肠杆菌这样的杆状细菌中，这个机械在细胞的所有区域匀称移动，因此细胞呈直线。然而在R. rubrum中，螺旋状的孔卵白-PapS结构犹如一个分子笼，麋集的排列将通常认真纵向生长的机械部分牢靠在细胞的外曲面上。因而在孔卵白-PapS结构周围的局部细胞伸长增添，最终使细胞体变为螺旋形。”
在这项研究中，马尔堡团队与来自基尔、弗莱堡、英国和澳大利亚的研究职员相助，展现了一种新的细菌形态形成机制，该机制基于外膜卵白对细胞生长空间安排的直接影响。这些发明或能适用于所有Rhodospirillum的曲形亲缘种，因此，研究这种机制是否在其他形态重大的细菌群体中保存将是很是有趣的。
“我们现在有时机去改变R. rubrum的细胞形状，这样我们将能够研究螺旋形细胞形态在细菌栖息地中的选择性优势，”研究的第一作者 Sebastian Pöhl 体现。这将可能为明确细胞形状怎样影响生态位的占有、与植物的协同作用提供主要的看法。
杂志：Nature Communications
DOI：10.1038/s41467-024-51790-z
