水稻研究确定了负责细菌中气囊聚集的蛋白质

帕特里克·库尔普（Patrick Kurp）
《大米新闻》特辑

气体囊泡是由某些微生物细胞中发现的蛋白质制成的中空结构，莱斯大学的研究人员认为它们可以被编程用于生物医学应用。

“在细胞内，气体囊泡被包装成美丽的蜂窝状。这种模式是如何形成的，从来没有被彻底理解过。我们正在首次鉴定出一种可以调节这种模式的蛋白质，我们相信这将是分子微生物学的一个里程碑，“生物工程助理教授、德克萨斯州癌症预防与研究所学者George Lu说。

Lu及其同事在《自然微生物学》上发表的一篇论文中发表了他们的研究结果。该研究的主要作者是李宗儒，他是卢合成大分子组装实验室生物工程博士四年级学生。

“气囊泡是由锥形端盖封闭的圆柱形管，”李说。“它们在原生宿主的细胞内提供浮力。

囊泡天然存在于五个细菌门和两组古细菌（单细胞生物）中。大多数仅限于淡水池塘中常见的浮游微生物。最近的囊泡工程导致了

多种应用，包括报告基因成像、声学控制和有效载荷递送。

共同作者、圣路易斯华盛顿大学麦凯维工程学院生物医学工程助理教授戴一帆说，他们被这项研究所吸引，问题是为什么囊泡可以形成蜂窝状图案。

在华盛顿大学的同事亚历克斯·霍尔豪斯（Alex Holehouse）和杜克大学的同事阿舒托什·奇尔科蒂（Ashutosh Chilkoti）和尤凌冲（Lingchong You）的帮助下，研究小组发现，这种模式是对空间的最有效利用，而集群形式在其功能中起着重要作用。最值得注意的是，这些蛋白质簇在亚饱和溶液中形成，这是一种先前确定的生物结构的新形式，并驱动这些囊泡的组织。最重要的是，他们发现了这种神秘的新形式背后的功能。

“由Lu实验室领导的这些团队发现，一种独特形式的蛋白质簇专门组装在亚饱和溶液中，驱动了聚集行为，”Dai说。他补充说，这增加了关于相变如何影响细胞组织和细胞功能的证据。

Lu和他的团队使用遗传，生化和成像方法，正在探索蛋白质的纳米结构。气囊泡稳定细菌胞质溶胶内的气泡⎯细胞内的液体⎯，并提供可用于超声或MRI造影剂的液气界面。

“在我们的实验室中，我们正在利用合成生物学的力量来扩大这些蛋白质纳米结构的应用，”李说。“通过工程基因和细胞，我们的目标是构建在生物技术和生物医学应用中更有效地执行的气体囊泡。

Li 于 2018 年获得罗切斯特大学化学工程学士学位，并于 2020 年获得西北大学生物技术硕士学位。

该论文的合著者是Andrew Anderson，Manuel Iburg，Qionghua Shen，莱斯大学BIOE的博士后研究员;Richard Lin ’23 BIOE，NRG 可持续解决方案和创新分析师;布兰登·齐默 ’23 BIOE;Matthew Meyer，赖斯电子显微镜研究科学家;Yifan Dai 和 Alex Holehouse，华盛顿大学生物医学工程助理教授;Lingchong You，杜克大学James L. Meriam生物医学工程杰出教授;杜克大学艾伦·卡加诺夫（Alan L. Kaganov）生物医学工程杰出教授阿舒托什·奇尔科蒂（Ashutosh Chilkoti）;以及华盛顿大学生物化学和分子生物学博士后研究员Emery Usher。

该研究得到了德克萨斯州癌症预防和研究所、美国国立卫生研究院（R00 EB024600、R21 EB033607）、韦尔奇基金会、G. Harold 和 Leila Y. Mathers 基金会、听力健康基金会、John S. Dunn 基金会、德国研究基金会、WM Keck 基金会、莱斯生物科学与生物工程研究所和空军科学研究办公室 （FA9550-20-1-0241） 的支持。

同行评议论文：

“GvpU的相变调节细菌中的气体囊泡聚集” |自然微生物学 |DOI： 10.1038/s41564-024-01648-3

作者：李宗儒、沈琼华、埃默里·亚瑟、安德鲁·安德森、曼努埃尔·伊伯格、理查德·林、布兰登·齐默、马修·迈耶、亚历克斯·霍尔豪斯、尤凌冲、阿舒托什·奇尔科蒂、戴一凡和乔治·卢

https://www.nature.com/articles/s41564-024-01648-3

图片下载：

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图片说明：微生物体内的气体囊泡。（图片由Lu实验室/莱斯大学提供）

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图片说明：蛋白质结构的模拟构型。（图片由Lu实验室/莱斯大学提供）

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图片说明：李宗儒（左）和乔治·卢（摄影：Anna Stafford/莱斯大学）

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图片说明：李宗儒（左）和乔治·卢（摄影：Anna Stafford/莱斯大学）