蛋白質(zhì)的不可逆相變引發(fā)的纖維化是許多人類疾病的重要病理標(biāo)志，例如阿爾茨海默癥中的tau及Aβ纖維，以及漸凍人癥中的TDP-43纖維等。除了這些病理性的纖維之外，還有許多蛋白質(zhì)纖維參與了正常的生理功能，例如細胞骨架、靜息纖毛等。在微生物的胞外也存在大量的功能性蛋白纖維，例如鞭毛、纖毛、功能性淀粉樣纖維等，這些蛋白纖維對于微生物的生存至關(guān)重要。然而，微生物胞外是否存在一些功能未知的、未被發(fā)現(xiàn)的蛋白纖維仍然尚不明確。這項新研究發(fā)現(xiàn)了芽孢桿菌胞外的一種全新的蛋白質(zhì)纖維，這可能會為相關(guān)微生物的防治和工程化應(yīng)用提供重要信息。

 

  曹骎課題組在一種芽孢桿菌（Bacillus amyloiquefaciensa，枯草芽孢桿菌的近親）的胞外分離得到一種全新的蛋白質(zhì)纖維。通過冷凍電鏡的近原子分辨率結(jié)構(gòu)解析，發(fā)現(xiàn)這種纖維由一個名為Vpr的胞外絲氨酸多肽酶（Serine peptidase）組成。冷凍電鏡結(jié)構(gòu)分析及生化實驗表明，該蛋白在形成纖維時仍然具有多肽酶的活性。同時，Vpr纖維也在枯草芽孢菌的胞外被發(fā)現(xiàn)，說明Vpr的纖維化可能是一個廣泛存在于芽孢菌屬的共同機制。

 

  目前Vpr纖維的生理功能仍待進一步發(fā)掘，據(jù)Vpr蛋白已知的功能推測，可能是與細胞的遠距離通訊(http://www.weberwork.com/sell/l_25/)以及營養(yǎng)代謝有關(guān)?？梢钥隙ǖ氖牵@種纖維必然有其重要的生理功能，否則無法在漫長的演化壓力下仍可以穩(wěn)定且大量地存在于芽孢桿菌周圍。有趣的是，Vpr纖維的外形與微生物胞外常見的鞭毛十分類似，因此在負染電鏡下觀察無法區(qū)分Vpr與鞭毛纖維，只有在更高分辨率的冷凍電鏡觀察下才可看出兩者的區(qū)別。由此可推測Vpr纖維之所以長久以來未被發(fā)現(xiàn)和報道，正是由于如果只進行常規(guī)的負染電鏡觀察，會將其誤認為鞭毛纖維。因此本研究也突顯了冷凍電鏡在發(fā)現(xiàn)與鑒定全新生物大分子的優(yōu)勢。值得一提的是，本研究中鑒定纖維組成蛋白的方法正是通過高分辨率冷凍電鏡密度，從側(cè)鏈形狀直接推測相應(yīng)氨基酸殘基，從而得到可能的蛋白質(zhì)序列并在蛋白質(zhì)庫中搜索序列最接近的蛋白質(zhì)。這一工作再次說明了高分辨率的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)解析可以在未知蛋白質(zhì)組成的情況下獲取生物樣本中目標(biāo)分子的結(jié)構(gòu)和蛋白組成信息。