TB维生素B12转运蛋白的神秘面纱

来自俄罗斯、荷兰、瑞典和美国的研究人员揭示了导致肺结核的细菌中负责运输维生素B12的蛋白质结构。

维生素B12，又称钴胺素（cobalamin），对导致结核病的结核分枝杆菌的增殖至关重要。虽然维生素可以在体内合成，但病原体更喜欢从环境中吸收B12，细菌消耗的B12与结核病的进展直接相关。

然而，在病原体的基因组中还没有发现已知的B12转运蛋白，只有三种与其相关的蛋白质。虽然其中一种，Rv1819c，被认为是B12转运的候选者，但氨基酸序列分析显示，它可能以不同的方式发挥作用：不是输入而是输出。

最近发表的论文的作者解决了这个矛盾：他们发现这种蛋白质确实能够导入B12，并使用单粒子冷冻电子显微镜来解释它是如何工作的。

实验利用一种大肠杆菌细胞系，通过操纵使其缺乏B12转运蛋白。将细菌置于富含B12的培养基中，直到研究人员将结核分枝杆菌的Rv1819c蛋白赋予它们，使它们增殖，细菌才开始生长。研究小组还利用一个突变的细胞系来确定Rv1819c介导的转运依赖于ATP水解。

研究小组解析了蛋白质的三维结构。它由两个大小不均的相互连接的腔室组成，其中较大的腔室位于细胞膜内，较小的腔室突出在细胞膜内。两个腔室之间的区域很窄，由17个氨基酸组成的环来收放。

这个大腔体的体积约为7.7立方纳米，足以容纳六七个维生素B12分子。一个盖子从外面封住了腔室，也许是自发地打开，从外部环境中捕获分子。由于腔中嵌有带负电的极性氨基酸，对亲水性分子很有吸引力。

这解释了为什么Rv1819c转运体尽管不是很有选择性，但被发现有利于极性和带正电的底物。例如，科学家们发现，除了B12，这种蛋白质还可以运输一种叫做博莱霉素（bleomycin）的抗癌药物。同时，它与生物素（biotin）不起反应，可能是由于后者带有带负电基团。

细胞内的蛋白质部分被一个双壳门密封，它通过分解ATP分子与细胞产生能量的部位进行通讯。其中两个必须被消耗才能打开门，这就解释了为什么Rv1819c介导的转运依赖于ATP。

研究合著者、莫斯科物理与技术研究所生物系统结构电子显微镜实验室负责人Albert Guskov对这一发现发表了评论：“我们的研究使我们进一步了解了结核病发展。我们现在知道病原体如何获得维生素B12，而维生素B12对它至关重要。更重要的是，我们人类用来吸收维生素B12的机制非常不同，这使得Rv1819c成为开发抗结核药物的绝佳目标。”

研究人员接着说：“这项研究结果是令人意想不到的，过去被认为是输出而不是输入的蛋白质为深入了解抗菌剂进入病原体细胞的可能机制提供了见解。例如，氨基糖苷带正电荷，因此它们不能自由地穿透膜。以前，我们只知道这些药物以某种方式进入细胞。我们现在可以说，Rv1819c以及类似的蛋白质很可能是关键的转运蛋白。”