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研究人员发现，细胞骨架的一部分septin形成了铜绿假单胞菌穿透的屏障。这个过程依赖于细菌表面的LecA分子。
铜绿假单胞菌（简称P.a.）对大多数抗生素都有耐药性，并导致危及生命的伤口或肺部感染。P.a.细菌物种有一整套规避免疫系统和感染组织的策略。研究人员与弗莱堡大学的Winfried Römer教授和Carsten Schwan博士以及CIBSS综合生物信号研究中心的优秀集群合作，发现了一种以前未知的天然防御机制，可以保护细胞免受假单胞菌感染。这项研究发表在《Cell Reports》上。
铜绿假单胞菌也以有针对性的方式进入细胞
细胞内部被营养物质包围，又不被免疫系统发现，是致病菌繁殖的理想场所。尽管如此，长期以来人们一直认为它们大部分存在于细胞外。“与此同时，很明显情况更加复杂，细菌瞄准它们穿透的细胞，”Römer解释道。在活细胞成像显微镜的帮助下，这可以在实验室中观察到。细菌与细胞密切接触，在细胞膜上留下凹痕，直到完全被细胞吞噬。
假单胞菌通过将毒力因子LecA与细胞膜表面的糖分子结合，引发细胞膜的凹陷。与糖结合的蛋白质在自然界中很常见，在其他细菌和病毒上也能观察到。细菌和宿主细胞的强烈结合导致细胞膜像细菌周围的拉链一样自我闭合——Römer的工作小组已经研究了相当长一段时间。
“现在我们有意地关注sepatin在假单胞菌感染中的作用，”Schwan在描述当前研究的目标时说。“我们知道，其他细菌可以操纵宿主细胞的隔膜，并利用它们来缓解渗透。然而，与此同时，septin也可以包裹已经渗透的细菌，并诱导其清除，所以它们在感染中具有矛盾功能，”Schwan继续说。隔膜是细胞骨架的一部分，是类似于模块化支架的关键结构元素，可以灵活地组装和拆卸。当弯曲膜被涉及时，它们也经常发挥作用。
LecA的结合足以诱导septin积累
在他们最新的研究中，研究人员使用了在实验室中感染铜绿假单胞菌的人类肺细胞。他们发现，细菌的附着导致隔膜在几秒钟或几分钟内聚集在该部位。如果细菌不能渗透进去，堆积的细菌很快就会再次溶解。当用涂有LecA的聚合物小球代替细菌时，研究人员也可以观察到这种效果。这表明通过LecA结合足以诱导septin积累。
Schwan补充说:“我们预计假单胞菌想要这种septin的积累，这有助于它们在感染期间，就像其他类型的细菌一样。”相反，他们发现，当研究人员拆除一些隔膜时，可以穿透的细菌是原来的两倍。“一开始我们对结果感到惊讶，但现在我们认为这不是一个孤立的案例。这可能是septin对许多其他病原体也起着保护作用，”他总结道。
这是开发治疗耐药细菌药物的基础
研究人员能够在进一步的实验中测量隔膜屏障的强度。为了做到这一点，他们将最小的细菌模型连接到原子力显微镜(AFM)的悬臂上，这使得表面上最微小的压痕和阻力都可以被测量为力。研究人员发现，当聚合物珠被LecA和septin堆积时，细胞膜在局部明显更加坚硬。
“当你考虑到在感染过程中，涉及到许多不同的分子时，这是一个巨大的影响。一项干预要产生如此巨大的影响，你通常必须抑制几个因素，否则就会产生补偿，”Römer说。他继续说:“这有力地说明了鼻中隔在抵御感染方面确实发挥着重要作用。”研究人员现在打算进一步研究凝集素和septin。更好地了解这些蛋白质有助于找到药物的攻击点，以防止抗生素耐药细菌的感染。
Sahaja Aigal, Ramin Omidvar, Kai Stober, Jessica Ziegelbauer, Thorsten Eierhoff, Janik Niklas Schampera, Winfried Römer, Carsten Schwan. Septin barriers protect mammalian host cells against Pseudomonas aeruginosa invasion. Cell Reports, 2022; 41 (3): 111510
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