分枝桿菌具有非常復(fù)雜的包膜結(jié)構(gòu)，從內(nèi)到外依次為包括細(xì)胞質(zhì)膜、細(xì)胞壁（～14nm厚）和莢膜（～35nm厚）。其中，細(xì)胞壁由三層共價連接層組成，從內(nèi)到外依次是：肽聚糖層、阿拉伯半乳聚糖層和糖脂非共價包圍的分枝桿菌酸層。這種細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)是分枝桿菌特有的，并且整個包膜結(jié)構(gòu)交錯密集，疏水性強，流動性和通透性差，是分枝桿菌抵御外界壓力的天然屏障。由于這種特有的復(fù)雜包膜結(jié)構(gòu)，分枝桿菌與外界環(huán)境或宿主之間的物質(zhì)運輸具有獨特的性質(zhì)。并且分枝桿菌包膜上的通道可以分泌毒力因子和促進(jìn)抗生素外排，從而幫助分枝桿菌致病，因此是很好的治療靶標(biāo)。但分枝桿菌細(xì)胞壁和莢膜上的物質(zhì)運輸通路目前還知之甚少。

日，以我校微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心龔為民教授和加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）的周正洪教授為主的課題組合作在國際著名學(xué)術(shù)期刊Science Advances在線發(fā)表了題為“Identification and architecture of a putative secretion tube across mycobacterial outer envelope”的研究論文，分別通過X射線晶體學(xué)和冷凍電鏡方法測定了結(jié)核分枝桿菌中的未知功能蛋白Rv3705c及其在恥垢分枝桿菌中的同源蛋白MSMEG_6251的三維結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)這兩個蛋白均能在體外自組裝為管狀結(jié)構(gòu)。通過一系列分子生物學(xué)和生物化學(xué)實驗顯示該蛋白在分枝桿菌外膜上發(fā)揮通道作用。因此將該蛋白命名為TiME (Tube-forming proteinin theMycobacterialEnvelope)。

龔為民和周正洪教授的合作研究發(fā)現(xiàn)，TiME以八重對稱方式形成內(nèi)徑為60埃的環(huán)狀結(jié)構(gòu)（圖左），兩個單層環(huán)以tail-to-tail的方式形成雙層環(huán)（圖中），再以雙層環(huán)為基本單元重復(fù)堆疊為管狀結(jié)構(gòu)（圖右）。恥垢分枝桿菌細(xì)胞定位實驗證實TiME蛋白主要分布包膜中，特別是在外膜和莢膜中更為豐富。TiME基因敲除后顯著降低了恥垢分枝桿菌中分子量小于22Kda的蛋白分泌。如果在細(xì)胞培養(yǎng)時用去垢劑破壞莢膜和部分細(xì)胞壁，則TiME敲除株與野生菌株的蛋白質(zhì)分泌沒有明顯區(qū)別，表明TiME蛋白主要在外膜中發(fā)揮作用。該研究首次在分枝桿菌莢膜中發(fā)現(xiàn)物質(zhì)運輸通道，為研究致病性分枝桿菌的物質(zhì)運輸機(jī)制和開發(fā)新的藥物靶點提供了新的線索和思路。

我校微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心龔為民教授和加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）的周正洪教授為該文章的共同通訊作者。中國科大博士蔡瀟穎、博士劉磊和碩士邱春紅為該文共同第一作者。研究過程中，中國科大田長麟教授和中國科學(xué)院生物物理研究所畢利軍教授給予了協(xié)作與支持。該研究得到了國家自然科學(xué)基金委和科技部國家重點研發(fā)計劃的資助。

原文鏈接：https://advances.sciencemag.org/content/7/34/eabg5656