受阻的细胞壁形成阻止细菌细胞分裂
我们仍然不明白抗生素是如何杀死细菌的。然而，如果我们想开发新的抗生素，这种理解是必要的。而这正是迫切需要的，因为目前细菌对现有抗生素的耐药性越来越强。因此，波恩大学医院(UKB)和波恩大学的研究人员利用高性能显微镜观察了不同抗生素对金黄色葡萄球菌细胞分裂的影响。他们发现，细菌细胞壁的核心成分肽聚糖的生物合成是整个细胞分裂过程的驱动力。此外，他们阐明了不同的抗生素如何在几分钟内阻止细胞分裂。结果现已发表在《科学进展》杂志上。
细菌细胞壁维持单细胞生物的形状和完整性。细胞壁合成在细菌生长中起着关键作用：细胞分裂蛋白 FtsZ 在细胞中心形成所谓的 Z 环，从而启动分裂过程。在那里形成了一个新的细胞壁，其核心成分是肽聚糖。因此，这种收缩产生了两个相同的子细胞。
显微镜下金黄色葡萄球菌中的荧光蛋白。
由 Fabian Grein 和 Tanja Schneider 领导的 UKB 研究团队与波恩大学生物物理化学教授 Ulrich Kubitscheck 领导的团队共同选择了细菌金黄色葡萄球菌，最危险的人类致病菌之一，作为他们研究的模式生物。重点是抑制肽聚糖合成的抗生素对细胞分裂的影响。“我们发现苯唑西林和糖肽类抗生素万古霉素和特拉瓦辛对细胞分裂有快速而强烈的影响。细胞分裂蛋白 FtsZ 在这里充当标记，我们对其进行了监测，”该研究所的博士生 Jan-Samuel Puls 说。 UKB 的药物微生物学。为此，FtsZ 与其他蛋白质一起被荧光标记。然后研究人员分析了随着时间的推移对单个活细菌细胞的影响，并使用了超分辨率显微镜。他们为显微镜图像建立了自动图像分析，使他们能够快速分析所研究样本中的所有细胞。“金黄色葡萄球菌只有一微米左右，也就是一毫米的千分之一。这使得显微镜检查特别具有挑战性，”UKB 药物微生物学研究所的初级研究组组长、德国感染研究中心 (DZIF) 的科学家 Fabian Grein 博士说。
抗生素对细胞壁生物合成机制的影响立即抑制细胞分裂
波恩研究小组发现，肽聚糖的形成是整个细胞分裂过程的驱动力。以前，人们认为肽聚糖合成仅在该过程的特定部分是必不可少的。该团队表明，糖肽类抗生素对金黄色葡萄球菌细胞壁组装的抑制作用发生迅速并对细胞分裂产生显着影响。此外，他们还详细阐明了连接细胞壁成分的必需青霉素结合蛋白2(PBP2)在细胞分裂中的具体作用。β-内酰胺类抗生素苯唑西林会阻止这种蛋白质的正确定位。“这意味着 PBP2 没有到达需要它的地方。因此，细胞无法分裂，”Grein 说。“重要的是，这一切都在添加抗生素后立即发生。因此，目前尚未深入研究的最初细胞效应至关重要。” 因此，鉴于全球范围内抗生素耐药性的惊人增加，他希望研究结果能够更好地了解这些药物在细胞水平上的确切作用，从而成为开发新抗生素的关键。了解抗生素作用和产生的细胞机制是 DFG 协作研究中心 TRR 261“抗生素 CellMAP”的目标，该中心进行了这些研究。
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