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有關“黑死病”，你了解多少——細菌III 型分泌系統(tǒng)

十四世紀四五十年代，對于歐洲來說，是一個極為悲慘的時刻。從1347至1353年，席卷整個歐羅巴的被稱之為“黑死病”的鼠疫大瘟疫，奪走了2500萬歐洲人的性命，占當時歐洲總人口的1/3！這場瘟疫在很多文獻中被記作“黑死病”。在歷史中對黑死病特征記錄，有一些是關于淋巴腺腫的描述，與19世紀發(fā)生于亞洲的淋巴腺鼠疫相似，這就使得一些科學家與歷史學家推測自14世紀開始的黑死病與鼠疫相同，都是由一種被稱為鼠疫桿菌的細菌所造成的。研究發(fā)現(xiàn)鼠疫桿菌的致病機理有一部分是由細菌III型分泌系統(tǒng)（T3SS）引起的。

今天小編就帶大家一起對T3SS展開大揭秘，探索它的結構與功能。我們主要從T3SS的起源進化、T3SS結構特征、細菌III型分泌系統(tǒng)的分泌機制以及輸出機制四個方面來闡述。

許多病原體利用復雜的納米機器提供的細菌效應蛋白進入真核靶細胞，這些效應蛋白對病原體的益處是可調(diào)節(jié)多種細胞功能，其中一種蛋白輸送機制就是III型分泌系統(tǒng)（T3SS）。T3SS廣泛存在于動植物致病菌或共生中，分泌的蛋白直接轉運入宿主細胞內(nèi)，從而抑制特定的免疫反應。

(1)  T3SS的起源進化

III型分泌系統(tǒng)裝置由大約20多種不同的蛋白組成，其中約一半的蛋白在III型分泌系統(tǒng)中都是保守的。這些保守的蛋白與細菌鞭毛基體部分的蛋白序列相似，這表明細菌鞭毛和T3SS可能具有共同進化的歷史。最近的系統(tǒng)進化分析也支持T3SS是鞭毛裝置的進化擴展適應這一概念，主要有2個證據(jù)：（1）T3SS的后代存在于粘球菌中，雖然它不再有運動的功能，但仍然可分泌蛋白；（2）隨著分泌素的聚集，可能發(fā)生了不止一次，外膜蛋白的家族參與了噬菌體的釋放以及蛋白的分泌。

（2）T3SS的結構特征

各種病原菌的T3SS在電子顯微鏡下觀察都很相似，其結構很像注射器，稱之為針狀復合物。其結構的核心是由一個多環(huán)型基座和一個針頭狀突起組成，基座中貫穿有圓柱形的連接針頭和基座的桿，基地座是由外環(huán)和內(nèi)環(huán)相連。

T3SS基底部把針定位于細菌的胞漿膜，PrgK，和InvG組裝成了沙門氏菌內(nèi)膜和外膜的環(huán)形結構。沙門氏菌中，IM環(huán)由PrgH，PrgK組成，它們組裝成兩個同心環(huán)。其中PrgK形成較小的環(huán)，而PrgH形成較大的外環(huán)?；撞康慕Y構域對于底物的分泌是非常重要的。在針的最遠端存在一個頂部復合物，其可以感受宿主細胞信號，從而引發(fā)轉位子組裝以及效應蛋白的分泌。根據(jù)其結構和特性，針的頂部可以分為兩類，一類是沙門氏菌的SipD，志賀氏菌的IpaD和伯克氏菌BipD；另一類是耶爾森氏菌LcrV和綠膿桿菌PcrV。SipD、IpaD、BipD蛋白結構包含8個螺旋和5個折疊。從而形成了3個不同的結構域，N端螺旋發(fā)卡，中央的卷曲和C端的折疊／螺旋混合體。 

（3）細菌III型分泌系統(tǒng)的分泌機制

細菌的III型分泌系統(tǒng)是一步性分泌，是sec不依賴型的。所分泌的效應蛋白不在胞漿中間停留，也不被切割，直接從胞質(zhì)輸送到細胞表面。III型分泌系統(tǒng)可釋放幾種效應蛋白，刺激宿主細胞的信號轉導途徑，導致一系列的細胞效應。III型分泌系統(tǒng)分泌蛋白的分泌信號不依賴于其它途徑。例如mRNA 5’端、分泌蛋白的N端、分泌前分泌蛋白與相應的伴侶分子結合等情況。其中與伴侶分子結合則是確保分泌前的穩(wěn)定性和有效分泌的主要環(huán)節(jié)。此外，該系統(tǒng)通常在細菌與宿主細胞接觸之后啟動，并且分泌產(chǎn)物能夠注入細胞，從而影響宿主細胞的信號活動，以利于細菌的入侵。

（4）細菌III型分泌系統(tǒng)的輸出機制

隨著科學的發(fā)展，越來越多的證據(jù)表明T3SS分泌系統(tǒng)的底物輸出機制與鞭毛相似但也存在差異。質(zhì)子驅動力PMF(protonmotive force)對于分泌機器是必須的，但不是唯一的。T3SS的底物輸出機制如下：首先，ATPase是重要的分泌機器之一，具有水解ATP的能力；其次，ATPase通過識別伴侶．效應蛋白復合物并解離伴侶蛋白，從而使效應蛋白去折疊，效應蛋白通過孔道；ATP的水解驅動了這一過程，隨后PMF進一步推進了蛋白的輸出。

雖然關于細菌III型分泌系統(tǒng)的結構已經(jīng)研究報道的很多，但是關于一些蛋白晶體的結構在電子顯微鏡下仍然無法觀察到，這對未來的研究提出了挑戰(zhàn)和激勵。路漫漫其修遠兮，未來的研究還等著各位去探索。