Science子刊重磅：致命性僅次COVID-19！“餓死”肺炎鏈球菌或能保命
隨著新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）在全世界肆虐，“肺炎”這個呼吸系統常見的感染性疾病再次引起了人們的關注，然而，事實上在新冠肺炎（COVID-19）大流行之前，肺炎鏈球菌感染才是全球肺炎死亡的主要原因，每年有近50萬兒童因感染肺炎鏈球菌死亡。
肺炎鏈球菌（Streptococcus pneumoniae）于1881年首次由Louis Pasteur及G. M. Sternberg分別在法國及美國從患者痰液中分離出。與COVID-19 一樣，肺炎鏈球菌病毒也會在通過飛沫傳播，主要感染兒童和老年人，導致致命的菌性肺炎、腦膜炎、敗血癥等。盡管抗菌劑、疫苗和抗生素能預防肺炎鏈球菌感染，但近二三十年來，由于抗生素的廣泛應用，肺炎鏈球菌的耐藥性問題日益嚴重，為臨床治療帶來挑戰。因此，亟需新的方法來治療和預防由肺炎鏈球菌引起的肺部感染。
近日，墨爾本大學領銜的科研團隊在《Science Advances》發表了一篇題為The structural basis of bacterial manganese import的文章，研究發現了一種通過“餓死”病原體對抗肺炎的新方法！
DOI: 10.1126/sciadv.abg3980
眾所周知，微量元素礦物質對維持機體健康至關重要，其中在人體中的含量僅為12-20毫克的“錳(Mn)”元素與人體更是息息相關，它在體內主要通過參與酶的結構或激活酶來發揮生理作用。
令人震驚的是，2010年Doherty研究所的科學家發現礦物質“錳”不僅是保證機體正常運轉的護身符，還對人體內細菌“肺炎鏈球菌”的生存、新陳代謝和傳染性至關重要。一年后，來自澳州阿德萊德大學的科研工作者在國際雜志《Nature Chemical Biology》上刊登的一項研究再次證明了這個新發現的真實性，并指出抑制肺炎鏈球菌對“錳”的攝取能夠將其殺滅。
DOI: 10.1128/JB.00064-10
既然“錳”是肺炎鏈球菌生存的必備礦物質，那么關鍵問題就在于阻斷病原體對“錳”的攝取。為此，在這項最新研究中，科學家開始尋找肺炎鏈球菌攝取“錳”的載體和入口。經試驗分析，鎖定了“錳”進入肺炎鏈球菌的交通工具——“轉運蛋白”，它能屏蔽脂質雙層中的電荷以實現跨膜易位，一旦該蛋白被破壞，營養物質無法運輸道病源體體內，肺炎鏈球菌就會被“餓死”。
為了確定這種轉運蛋白的結構和工作原理，研究人員開發出了針對肺炎鏈球菌的新藥物和療法，基于X 射線晶體學（X-RayCrystallography）確定了轉運蛋白的三維立體結構是如何運作的。
轉運蛋白的結構和活性
但需注意的是，使用該技術的前提是需在體外培養出蛋白質晶體，然而由于細胞膜是細胞內部與外部世界交流的屏障，它由脂肪或脂質分子組成，而轉運蛋白被緊密的嵌入到細菌細胞膜中，因此從肺炎鏈球菌中提取出轉運蛋白十分艱難。
為了解決這個難題，研究人員使用一種“洗滌劑”將轉運蛋白從膜上洗脫了下來，在對其結構進行分析后發現，該轉運蛋白類屬古老而龐大的 “ABC超家族”，該家族是一組跨膜蛋白，具有ATP結合區域的單向底物轉運泵，以主動轉運方式完成多種分子的跨膜轉運。
令人驚訝的是，從肺炎鏈球菌身上洗脫下來的轉運蛋白卻比其他家族成員體型更小、更緊湊，并且具有一條獨特的“錳”通路，承擔著運輸與信號傳導的作用，一旦轉運蛋白與“錳”碰頭，“錳”就會順著該通路進入病原體內部。
錳的易位途徑
因此，找到阻斷病原體營養運輸途徑、并防止轉運蛋白將“錳”帶入病原體是開發治療和預防肺癌新療法的手段之一。
該研究的作者Hugo MacDermott-Opeskin教授表示：“目前治療肺炎的藥物主要通過破壞細菌細胞壁的完整結構，從而殺滅肺炎鏈球菌，而這項研究開啟了肺炎治療的嶄新征程，未來的工作，我們將通過創建特定的抗體藥物或其他結合分子阻斷轉運蛋白發揮效應來治療肺炎”。
總而言之，“餓死”肺炎鏈球菌將是治療肺炎的一種全新方式，是解決抗生素耐藥性問題的一個全新的突破口！與此同時，這項研究也引起我們深思，這種“餓死”肺炎鏈球菌的方式能否應用于COVID-19或其他類型的疾病呢？
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此文關鍵字：“餓死”病原體
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