JACS：揭开细菌的“致命要害”

　　耐药菌正迅速成为21世纪的一个大问题。现在，哥本哈根大学的研究人员已经发现了细菌一个以前未知的弱点——一个“致命弱点”。他们的这一发现——细菌能量代谢的一个关键步骤，可能是开发一种全新形式抗生素的第一步。

　　哥本哈根大学化学系和纳米科学中心副教授Nikos hatzakis，连同英国利兹大学的副教授Lars Jeuken等人一起，将这项研究结果以“Single Enzyme Experiments Reveal a Long-Lifetime Proton Leak State in a Heme-Copper Oxidase”为题，发表在国际化学领域顶级期刊《Journal of the American Chemical Society》（JACS）。

　　细菌将质子泵进和泵出它们的细胞，以保持内外pH值有一个精细调节的失衡。这种不平衡，或梯度，是在微生物ATP生产的有力来源，非常像水压的差异是水力发电机的能量来源。反过来，ATP给在细菌中的大部分生物过程提供能量，因此，如果能够操纵这个pH值失衡，就可能是抑制细菌的一种强大的方法。

　　经过仔细研究，研究小组发现了通过操纵质子泵控制pH平衡的一种方法。他们发现，当细菌在内部变得危险发酵的时候，质子泵可能会泄漏。Nikos Hatzakis说，换句话说，当内外失衡变得太大时，它就会泄漏。

　　Nikos Hatzakis指出：“我认为，泄漏的机理是细菌的一个安全阀。如果我们能设计一种药物，靶定质子泵中的这种安全阀，这实际上将是一种非常强大的抗生素，所以，泄漏状态是一个严重的弱点：一个致命的弱点。”

　　质子泵本身就是一种酶，只有5纳米跨度。它坐落在细菌表面，或膜上。测量泄漏并不是件容易的事。Sune Jorgensen在丹麦完成了大部分工作，他解释说，为了看到它，该研究团队“如外科手术般的”将泵从细菌细胞膜上移除，并将其放置在显微镜载玻片上，但是仅仅观察是不够的。

　　Sune说：“我们希望能够控制这个泵：打开和关闭它。为此，我们构建了一个微小的电极。我们给显微镜载玻片涂上了30纳米的黄金层。这很薄，足以看透，但却导电，所以它可让我们用一股电流打开和关闭这个泵。”

　　据Hatzakis介绍，细菌安全阀的这一发现，与经典的生物学观点不一致，后者认为，酶和蛋白质是可被激活或去激活的。为了找到一个正在运行、但工作表现不佳的蛋白，我们有了一个意外的发现。

　　Hatzakis继续说：“这个结果显然是有趣的，因为其在抗生素研究中的可能应用，而且它也回答了有关‘酶是如何工作的’的一个基本问题。”

　　“破译这种行为，需将结合化学、生物学和纳米技术的见解独特地结合起来。以前没有人发现过一个起作用的泵，但我们设法一次看到了一个或极少数。这是很酷的。”

　　Hatzakis说：“像科学上的许多好的答案一样，这也提出了新的问题，并为它的应用铺平了道路。我们或许可以设计某种药物，利用细菌的弱点，用哥本哈根大学化学系、纳米科学中心的单分子技术，回答接下来的问题。”