MSCS 通道蛋白（粉紅色）及其相關脂質（深綠色、淺綠色、紅色）嵌在納米圓盤（灰色）中。圖片來源：洛克菲勒大學
幾乎所有的細菌都依賴于相同的應急閥門——蛋白質通道在壓力下打開，釋放大量的細胞內容物。這是一種安全措施，當拉伸到極限時，可以防止細菌爆炸和死亡。如果了解這些蛋白質通道是如何工作的，抗生素藥物就可以設計成根據需要打開它們，利用“閘門”排干細菌的營養物質。
但研究這些通道在實驗室中很難操作，因此它們究竟是如何打開和關閉以及通過一種亞導電狀態最終以脫敏狀態結束的，人們仍然知之甚少。現在，美國洛克菲勒大學的Thomas Walz 實驗室的一項新研究介紹了一種激活和可視化這些通道的新方法，使解釋它們的功能成為可能。這些發現揭示了細菌中關鍵的膜蛋白，同樣的方法也可以用來提高對人類類似通道的理解。
“我們實際上能夠看到蛋白質通道一系列功能階段的整個周期。”Walz說。
研究人員表示，一種嵌入細菌膜的蛋白質MscS，在機械力的作用下會打開。MscS存在于一層厚膜中，處于封閉狀態。科學家曾經懷疑，當液體積聚導致細胞膨脹并對膜施加壓力時，膜會被拉伸得非常薄，以至于其蛋白質突出。之后，蛋白質通道突然打開，釋放細胞內容物，釋放壓力，直到細胞膜恢復到原來的厚度，通道突然關閉。
但是，當Walz小組的博士后張一曉（音譯）發現不可能通過在自然范圍內稀釋膜撬開通道。“我們意識到膜變薄并不是這些通道打開的方式。”Walz說。
Walz和張一曉決定突破納米圓盤技術的極限，用β-環糊精去除膜脂，這種化學物質用于從細胞培養中去除膽固醇。這在膜上引起了張力，Walz團隊可以用低溫電子顯微鏡觀察通道的相應反應。
他們觀察到的結果與計算機模擬相吻合，并且發現MscS的一種新功能模型。當液體在細胞內積聚時，脂質就會從各個角落被召集來幫助緩解整個細胞膜的緊張。如果情況變得糟糕，甚至與MscS通道相關的脂質也會流失。沒有脂質保持它們的閉合，這些通道就有足夠的空間打開。相關論文刊登于《自然》。
研究人員表示，許多這樣的蛋白質在人類中起著關鍵作用，從聽覺、觸覺到血壓的調節，而且是非常有趣的藥物靶點。
相關論文信息：http://dx.doi.org/10.1038/s41586-021-03196-w
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