PNAS：攻破细菌“保护膜“的关键
细菌是通常被称为独立生存的单细胞，但实际上它们的生活要复杂得多。为了在恶劣的环境中生存下来，很多种类的细菌会结合在一起，形成生物膜——许多细胞通过一个坚韧的纤维网结合在一起，可防卫各种各样的威胁，包括抗生素。一种熟悉的生物膜是牙菌斑，只要有适当的条件，生物膜就可在几乎任何地方形成。 生物膜是医疗保健行业的一个巨大问题。当致病细菌在敏感设备上构建生物膜时，可能就无法消毒设备，从而提高了感染率，需要昂贵的替代品。因此，研究人员想寻找方法来破坏生物膜的防御，以阻止它们落脚。
现在，由马里兰大学（UMD）带领的一个研究小组，发现了生物膜形成过程中的一个重要环节：一种酶，能关闭细菌用以形成生物膜的信号。这项研究成果，发表在八月二十四日的《PNAS》，对于新疗法的开发有着深远的影响，有一天可能会使生物膜相关的并发症，成为遥远的记忆。
该论文第一作者、UMD生物科学研究生Mona Orr说：“细菌形成生物膜，因为它们会感觉到环境的变化。它们通过产生一种信号分子做到这一点，这种分子能够与打开反应的一个受体结合。但是，你需要一 种方法来关闭这个开关——在信号不再需要时解除它。我们已经确定了完成这一开关关闭过程的酶。”
激活生物膜形成的这个著名开关，是一个信号分子，称为Cyclic-di-GMP，也称为c-di-GMP。许多种致病细菌利用c-di-GMP发信号通知形成生物膜，包括大肠杆菌、沙门氏菌和霍乱弧菌。
但是Orr和她的同事们首先发现了一个分子，完成从细胞中清除c-di-GMP的这个过程，从而结束生物膜信号转导的过程。这个分子是一种酶，被称为oligoribonuclease，就像c-di-GMP一样，oligoribonuclease在致疾的细菌物种之间，也是常见的。
该研究小组在铜绿假单胞菌（一种常见的细菌，已知引起医院患者感染）中，对这个过程进行了研究。但是，由于铜绿假单胞菌与其他传染性物种在遗传和生理上的相似性，研究人员认为，oligoribonuclease在多种细菌中发挥相同的功能。
本文共同作者、UMD细胞生物学和分子遗传学系副教授Vincent Lee指出：“你可以把这一过程比作往水槽里灌水。在决定水槽中的水位时，来自水龙头的水率，跟排水管的大小一样重要。细胞内c-di-GMP水平，类似 于水槽中的水量。因为没有人知道排水管什么是，我们的研究结果完整展示了这个信号处理过程。”
Orr、Lee及其UMD化学和生化系、密歇根州立大学的同事们，研究重点在于铜绿假单胞菌，因为它已经被充分研究，并能在各种条件下生存，从而使 得它非常难以控制。隐形眼镜配戴者可能早已对铜绿假单胞菌很熟悉，因为在没有清洗干净的镜片上，它往往形成传染性的、浅绿色的生物膜。
研究小组发现，oligoribonuclease对于一个两步过程的第二步是必需的。首先，它把c-di-GMP转换成一个已知的中间分子，称为pGpG。Orr、Lee及其同事现在已经填补了这一过程中重要的第二步：oligoribonuclease打断pGpG，从而彻底切断信号通路。
结果表明，oligoribonuclease可以用来帮助设计新的抗生素、消毒剂和表面处理方法，以控制生物膜。这些措施可以防止感染，并排除了 频繁更换昂贵医院设备的需要。因为生物膜也能在植入的医疗设备上形成，如心脏起搏器、人工关节，因此，对抗生物膜的有效处理方法，可以消除昂贵和危险的置 换手术的必要性。
虽然oligoribonuclease最有可能在许多传染性细菌中关闭生物膜的形成，但是Orr和Lee承认，他们的这一发现并不完全是可以对抗每种生物膜的“高招”。
Lee解释说：“产生这些信号的基因存在于大多数细菌中。然而，破坏效果的oligoribonuclease酶只存在于一些细菌中。因此，没有oligoribonuclease的生物肯定有相似之处。寻找这些其他的‘关闭’开关，是我们未来的一个研究目标。”
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