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文章的通訊作者是清華大學(xué)生命科學(xué)院院長(zhǎng)施一公教授，其研究組主要致力于運(yùn)用結(jié)構(gòu)生物學(xué)和生物化學(xué)的手段研究腫瘤發(fā)生和細(xì)胞凋亡的分子機(jī)制，集中于腫瘤抑制因子和細(xì)胞凋亡調(diào)節(jié)蛋白的結(jié)構(gòu)和功能研究、重大疾病相關(guān)膜蛋白的結(jié)構(gòu)與功能的研究、胞內(nèi)生物大分子機(jī)器的結(jié)構(gòu)與功能研究。

食物傳播性細(xì)菌對(duì)于全球健康構(gòu)成威脅。1982年，大腸桿菌菌株O157:H7就引發(fā)了全球大流行。2011年，大腸桿菌菌株O104:H4導(dǎo)致了歐洲疫情爆發(fā)，造成18人死亡，每500人中有一人染病。為了能夠通過pH值約為2的胃，以及在其他酸性環(huán)境中存活，大腸桿菌形成了精密的耐酸性系統(tǒng)(ARs)。

在三種已知的ARs中，AR1的功能機(jī)制仍然不清楚。相比之下，AR2和AR3的分子機(jī)制得到了更深入地解析。AR2包含有一個(gè)氨基酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白GadC，負(fù)責(zé)細(xì)胞外L-谷氨酸(Glu)與細(xì)胞內(nèi)γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid ，GABA）的交換。兩個(gè)Glu脫羧酶GadA和GadB將Glu轉(zhuǎn)變?yōu)镚ABA。與AR2相似，AR3也具有兩個(gè)組件：反向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白AdiC和精氨酸脫酸酶AdiA。AR2或AR3一次完整的循環(huán)可將細(xì)胞質(zhì)中的質(zhì)子排出至細(xì)胞外環(huán)境中，由此提高細(xì)胞內(nèi)pH，促進(jìn)細(xì)菌在酸性環(huán)境下存活。

全面了解細(xì)菌AR對(duì)于有效的臨床預(yù)防及治療均有重要的意義。因?yàn)樗械氖澄飩鞑バ灾虏【急仨毻ㄟ^極酸性胃，了解細(xì)菌在pH值為2-3的環(huán)境下的生存機(jī)制極其重要。當(dāng)前，研究人員對(duì)于這些機(jī)制的了解還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

在這項(xiàng)研究中，研究人員鑒別了一個(gè)新型大腸桿菌耐酸性系統(tǒng)，證實(shí)其依賴于谷氨酰胺酶YbaS和氨基酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白GadC。這種YbaS和GadC可被酸性pH激活，且只在pH值小于等于6.0時(shí)才能適當(dāng)發(fā)揮功能。通過吸收L-谷氨酰胺(Gln)，大腸桿菌利用YbaS將之轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)-谷氨酸(Glu)，伴隨釋放氣態(tài)氨。游離氨中和質(zhì)子，導(dǎo)致酸性環(huán)境下細(xì)胞內(nèi)pH增高。GadC則負(fù)責(zé)細(xì)胞外Gln 與細(xì)胞內(nèi)Glu 交換。通過這一耐酸系統(tǒng)，確保了大腸桿菌在極酸性環(huán)境下生存。

新研究對(duì)于了解細(xì)菌的生理學(xué)具有重要的意義，且為開發(fā)針對(duì)腸道致病菌的抗生素提供了新認(rèn)識(shí)。

Bacteria, exemplified by enteropathogenic Escherichia coli (E. coli), rely on elaborate acid resistance systems to survive acidic environment (such as the stomach). Comprehensive understanding of bacterial acid resistance is important for prevention and clinical treatment. In this study, we report a previously uncharacterized type of acid resistance system in E. coli that relies on L-glutamine (Gln), one of the most abundant food-borne free amino acids. Upon uptake into E. coli, Gln is converted to L-glutamate (Glu) by the acid-activated glutaminase YbaS, with concomitant release of gaseous ammonia. The free ammonia neutralizes proton, resulting in elevated intracellular pH under acidic environment. We show that YbaS and the amino acid antiporter GadC, which exchanges extracellular Gln with intracellular Glu, together constitute an acid resistance system that is sufficient for E. coli survival under extremely acidic environment.Cell Research advance online publication 22 January 2013; doi:10.1038/cr.2013.13.