发现病毒使用错综复杂的“跑步机”将货物移过细菌细胞

无数的教科书将细菌描述为简单，无序的分子团。

现在，利用先进技术以前所未有的细节探索细菌的内部运作，加利福尼亚大学圣地亚哥分校的生物学家发现，实际上细菌与先前已知的复杂人体细胞有更多共同之处。

6月13日在加州大学圣地亚哥分校的研究小组中发表他们的工作，在乔·波利亚诺教授和助理教授伊丽莎白·维拉的实验室工作的研究人员提供了第一个细菌细胞内的货物运输过程，该过程类似于我们在自己的细胞。

“这并不是说细菌很无聊，但以前我们没有很好的能力去仔细研究它们，”该论文的相应作者之一维拉说。“通过新技术，我们可以开始了解细菌的惊人内在生命，并了解他们所有非常复杂的组织原则。”

研究第一作者加州大学圣地亚哥分校生物科学部的Vorrapon Chaikeeratisak及其同事分析了巨型假单胞菌噬菌体(也称为噬菌体，用于描述感染细菌细胞的病毒)。来自Pogliano和Villa的实验室的早期见解发现，噬菌体将它们感染的细胞转化为哺乳动物细胞，其中心位于核心状结构，由复制的噬菌体DNA周围的蛋白质壳形成。在这项新研究中，研究人员记录了一个以前看不见的过程，该过程将称为衣壳的病毒成分转运到中央核样结构的DNA上。随着衣壳从宿主膜上的装配位点移出，被运输到由细丝制成的传送带状路径上，最终到达它们最终的噬菌体DNA目的地。

“他们沿着跑步机骑行，以便到达蛋白质壳内DNA的位置，这对噬菌体的生命周期至关重要，”分子生物学教授Pogliano说。“之前没有人看到这种细胞内的货物沿着细菌细胞中的细丝移动。”

“这种巨型噬菌体在细菌内复制的方式非常迷人，”Chaikeeratisak说。“关于它用来接管细菌宿主细胞的机制，还有很多问题需要探讨。”

打开新发现的大门是时间推移荧光显微镜的研究组合，它提供了细胞内运动的广阔视角，类似于谷歌地球地图的道路视角，与冷冻电子断层扫描相协调，提供了能够放大“街道水平”视图，使科学家能够分析各个车辆及其中人员的成分。

维拉说，每种技术的观点都有助于提供关键答案，但也带来了关于细菌细胞内运输和分配机制的新问题。Kanika Khanna是这两个实验室的学生成员，他们接受过培训，可以使用这两种技术获取每种技术的数据和见解。

“放大和缩小让我们观察到一个独特的例子，即细菌细胞内的物质不会随意扩散，”Khanna说。“这些噬菌体已经发展出一种复杂而有针对性的运输机制，使用细丝在宿主体内进行复制，这是我们原本无法看到的。”

噬菌体感染和攻击许多类型的细菌，并且已知在土壤，海水和人类中自然生存。Pogliano认为，新发现对于更多地了解噬菌体的进化发展非常重要，这已成为最近关注的主题。

“像噬菌体这样的病毒已被研究了100年，但由于有可能将它们用于噬菌体治疗，它们现在正在重新受到关注，”Pogliano说。

在新论文中研究的噬菌体类型是有朝一日可用于治疗各种感染的新疗法。

去年加州大学圣地亚哥分校的医学院启动了创新噬菌体应用和治疗中心(IPATH)，该中心旨在开发新的传染病治疗方法，因为对传统抗生素的广泛抗药性持续增长。

“如果我们了解噬菌体如何在细菌内部运作以及它们做了​​什么，最终目标就是你可以开始为特定的抗感染感染设计定制的噬菌体，”Villa说。

除了Chaikeeratisak，Khanna，Pogliano和Villa之外，该研究的共同作者还包括加州圣地亚哥生物科学部的Katrina Nguyen，Joseph Sugie，MacKennon Egan，Marcella Erb，Anastasia Vavilina和Kit Pogliano。泰国玛希隆大学的Poochit Nonejuie;加州大学旧金山分校的Eliza Nieweglowska和David Agard。

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