292: φX174 YES複合物（PhiX174 YES Complex）

Author: David S. Goodsell Translator: 于 健（PDBj）

由MraY（藍色）、φX174 E 蛋白（橘色）和SlyD（綠色）組成的YES 複合物。細菌內膜以灰色示意。
由MraY（藍色）、φX174 E 蛋白（橘色）和SlyD（綠色）組成的YES 複合物。細菌內膜以灰色表示。 高質量的TIFF圖片可以從這裡獲得。

噬菌體（細菌噬菌體，bacteriophage）是細菌的天敵，它們與細菌表面結合並注入自己的基因組。這種基因組通常是單股DNA，它會指導製造許多新的噬菌體拷貝，這些拷貝會衝出細胞，然後殺死細胞。噬菌體在環境中無所不在，大多數細菌都有不同類型的噬菌體對其進行攻擊。例如， T4和φX174（phiX174），這兩種已被深入研究的噬菌體都會攻擊大腸桿菌。

破鞘而出

一旦噬菌體在細胞內繁殖，它們就面臨著"如何脫身"的難題。細菌細胞通常被一層肽聚醣 （peptidoglycan，由蛋白質和糖鏈組成的堅韌網絡）所包圍。因此，噬菌體需要蛋白質來破壞這層保護膜。噬菌體T4 使用 溶菌酶（ 溶菌酶）來裂解肽聚醣鏈。另一方面，噬菌體φX174 會製造一種名為蛋白E（protein E）的小蛋白，這種蛋白會阻斷建構肽聚醣鞘的形成機制。

對蛋白質E 說"YES"

PDB ID 8g02的結構顯示了蛋白質E 的工作原理。蛋白質E 與MraY結合，而MraY是一種在肽聚醣合成過程中發揮核心作用的細菌酶：MraY將肽聚醣的小前體附著在脂質轉運體上，使其他蛋白質很容易將小前體轉運到細胞外部，並將其附著到正在生長的肽聚醣鏈上。蛋白E 透過與MraY 結合並覆蓋活性位點，阻止了這個過程。蛋白E 也能吸引第二種蛋白--伴侶蛋白SlyD，進而進一步阻斷MraY 的活性位點；包含MraY、蛋白質E 和SlyD 的整個複合物稱為YES 複合物（YES complex） 。

噬菌體療法

噬菌體能殺死細菌，進而幫助治療感染。噬菌體療法已經使用了一個多世紀，從1919 年用噬菌體治療痢疾（dysentery）開始，但在發現青黴素（盤尼西林，penicillin）等抗生素後，西醫就不再使用噬菌體療法了。抗生素的最大優點是易於使用，而且通常針對多種細菌。然而，近年來抗生素抗藥性細菌的出現使人們對噬菌體療法重新產生了興趣，這種療法可以為無有效抗生素的感染提供一種有效的替代療法。

DNA 注射

φX174 H 蛋白的管狀結構域。
φX174 H 蛋白的管狀結構域。 高質量的TIFF圖片可以從這裡獲得。

噬菌體感染的第一階段也會為細菌細胞壁帶來問題：許多噬菌體（如T4）都有複雜的尾部，能與細菌表面結合並透過細胞壁注入DNA。另一方面，φX174 使用了一種更簡單的方法：它編碼一種蛋白質，這種蛋白質在最後一刻組裝成管狀，形成一個足夠大的通道，讓DNA 穿過細胞壁注入其中。 PDB ID 4jpp的結構包含形成管狀結構的蛋白質部分。

探索結構

YES 複合物和抗生素

顯示方式: 静止图像

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許多抗生素會攻擊製造肽聚醣塗層的細菌酵素。例如， 青霉素能阻斷將前驅物連接在一起形成網狀結構的酵素。天然抗生素穆雷黴素D2（muraymycin D2）與MraY（PDB ID 5ckr）結合並阻斷活性位點，φX174 的E 蛋白也是如此。點擊圖下按鈕切換到互動式可操作圖像，詳細查看這兩種結構。

進一步的討論議題

  1. 在" Exploring the Structural Biology of Viruses "（探索病毒的結構生物學）中有關噬菌體和其他病毒的更多資訊。
  2. PDB-101 中的材料提供了對抗生素抗藥性的生物學知識和結構的深入了解。

參考文獻

  1. 8g02 Orta, A.K., Riera, N., Li, Y.E., Tanaka, S., Yun, H.G., Klaic, L., Clemons Jr., W.M. 2023 The mechanism of the phage-encoded protein antibiotic from Phi X174. Science 381 eadg9091-eadg9091
  2. Strathdee, S.A., Hatfull, G.F., Mutalik, V.K., Schooley, R.T. 2023 Phage therapy: From biological mechanisms to future directions. Cell 186 17-31
  3. 5ckr Chung, B.C., Mashalidis, E.H., Tanino, T., Kim, M., Matsuda, A., Hong, J., Ichikawa, S., Lee, S.Y. 2016 Structural insights into inhibition of lipid I production in bacterial cell wall synthesis. Nature 533 557-560
  4. 4jpp Sun, L., Young, L.N., Zhang, X., Boudko, S.P., Fokine, A., Zbornik, E., Roznowski, A.P., Molineux, I.J., Rossmann, M.G., Fane, B.A. 2014 Icosahedral bacteriophage Phi X174 forms a tail for DNA transport during infection. Nature 505 431-435

本文是由RCSB PDB的PDB-101提供的《當月的分子》2024年4月的文章的中文翻譯。請參考我們的條款和條件頁面。

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