单突变严重影响细菌转运蛋白的结构与功能

最近，在《eLife》杂志上发表的一项新研究发现，通过对某个细菌蛋白进行单个氨基酸突变，会改变其结构和功能，进而揭示了复杂基因进化的影响。这项以大肠杆菌为对象的研究可以帮助人们更好地理解转运蛋白的进化及其在耐药性中的作用。

纽约大学化学系副教授，该研究的资深作者Nate Traaseth说：“我们发现微小的突变对于转运蛋白的结构和功能十分重要。”

细胞膜是保护细胞内部不受外界环境的影响的关键。转运蛋白位于细胞膜中，它能够调控物质进出细胞的过程。这些转运蛋白通过在细胞膜一侧装载货物，然后通过改变其结构在另一侧释放，从而主动地使物质在细胞膜两侧转运。

此前研究表明，膜转运蛋白通常由多个重复元件组成。在复杂的转运蛋白中，每个结构单元的遗传序列融合在一起，成为编码该蛋白质的基因。研究者们认为，这种重复的模式是由分子量较小的膜蛋白基因演化而来，并通过复制融合在一起。然而，研究者们一直不清楚从单个融合基因产生更复杂的转运蛋白是否具有进化优势？

为了对此进行调查，纽约大学化学系的Traaseth及其同事Maureen Leninger和Ampon（Callie）Sae Her研究了一种在大肠杆菌中发现的简单转运蛋白。某些大肠杆菌菌株可能会导致严重疾病的发生，并且它们对抗生素的抵抗力越来越强。究其原因，是由于细菌膜上的转运蛋白EmrE能够将“有毒”化合物主动排出。

已知EmrE由两个相同的蛋白质亚基组成，实验表明，改变两个蛋白质亚基之一中的单个氨基酸（构成蛋白质的结构单元），使其彼此产生微小差异，能够显著改变转运蛋白的结构和功能。

这种平衡的打破会改变转运蛋白从大肠杆菌中去除有毒化学物质的能力，并降低细菌对药物的抗药性。总之，该研究可能对药物开发和抗药性研究产生影响。

Traaseth说：“尽管这些发现的临床应用距离我们只有几步之遥，但了解药物转运蛋白的进化使我们对细菌如何通过突变产生耐药性有了新的认识。”