http://www.physorg.com/news107097511.html
August 23, 2007
根據一項新研究表示，某些種類的細菌具有感光分子，類似在植物中所發現的那些。令人驚訝的是，至少有一種物種 -- 是導致像流感般之布魯氏桿菌病（Brucellosis）的病因 -- 需要陽光來最大化其毒性。這項研究暗示一種基於光敏感性之細菌毒性的全新模型。
該論文是由一個國際團隊在共同合作下完成，包括 Trevor Swartz，領導作者，當時在卡內基植物生物學系是博士後與訪問研究者，與目前在該系的 Winslow Briggs 與 Tong-Seung Tseng。該研究刊載於 8/24 的 Science 上。這是第一個對細菌中，功能像植物般之感光分子的詳細研究。
"重要的訊息是，許多細菌具有訊號蛋白質，那包含相同的光吸收範圍，如同在高級植物中所發現的那些，" Briggs 解釋。 "其中之一是一種邪惡的病源體，稱為布氏桿菌（Brucella）。其中一種布氏桿菌是種嚴重的牛隻病源體，會導致小牛的流產，而另一種險惡的人類病源體。"
該細菌的感應器十分接近向光素（phototropins） -- 一種光受體分子，會導致植物趨向光源生長。它們共享一段蛋白質序列，稱為 LOV（發音是 love），之所以為這樣命名，是因為它能偵測光線、氧氣和／或電壓。Briggs 及其同事在 1998 年首次發現並描述植物的 LOV domains（域，範圍）。
LOV-domain 蛋白已在超過 100 種不同的細菌中被發現。為了這項研究，研究者將範圍縮小到少數幾種具有知名 LOV 序列的候選者，這些序列與植物當中的十分相似。他們最後選定四種：Brucella melitensis（地中海熱布氏桿菌）、Brucella abortus（流產布氏桿菌）、Erythrobacter litoralis（一種紅色桿菌）與 Pseudomonas syringae（紫丁香假單胞菌）。
在 B. abortus（流產布氏桿菌）的例子中，或許還有他者，LOV domain 的存在，不只是種巧合。當研究者關閉該物種的 LOV-domain 蛋白基因後，它的毒性 -- 以足以致病的繁殖率高低來界定 -- 不到一般、「野生的」細菌的 10%。
在一個涉及到二層隔光鋁箔的簡單實驗中，他們辦到一種類似的毒性減低，證明 B. abortus 依賴日光來進行它的骯髒工作。
"布氏桿菌因為它對於家畜的威脅與對於我們食物供應的影響（這也是我們對牛奶加熱殺菌的原因之一，能避免受到布氏桿菌感染），多年來已被廣泛地研究，" Swartz 解釋。 "不過之前都沒有人證明，在布氏桿菌的生命週期中，任何對於光的回應。這是一個令人興奮的結果，這很有可能提供一種新穎的治療途徑，來治療並避免感染。"
"那些研究非光合作用細菌（無論它是否能夠引起疾病）的人們，都沒有注意到光線狀態，而且完全無視於光線很有可能在它們的生理機能中，扮演某種必要角色，" Briggs 提到。
"當它在黑暗之中時，LOV domain 使用弱化學鍵來抓住一群叫做發色團（chromophore）的小分子。然而，當它吸收光線後，LOV domain 會藉由形成一個更穩固的鍵結，暫時將發色團緊抓。這個反應本質上來說是種生化開關，而且當光源被阻斷或移除之後，LOV domain 會將緊握的發色團再一次放開。活化的 LOV domains 能開啟另一種訊號分子，稱為激酶（kinase），形成一種被稱為「雙元件系統（two-component system）」耦合生化路徑。"
LOV 蛋白的功能已在植物中詳盡記錄。雖然研究者先前已記錄細菌中的 LOV 蛋白，不過 Briggs 等人卻是第一批檢查其詳細功能的人。他們發現細菌的 LOV domains 活化一種常見的訊號路徑，那以一種特定種類的激酶，稱為組氨酸激酶（histidine kinase）開始。
"細菌有一大堆這些被稱為組氨酸激酶的東西，那受到到諸如糖與氨基酸之類的養分，或毒性物質活化，" Briggs 說。"我們的研究是證明了一種在細菌當中的光活化型組氨酸激酶，它在細菌毒性中扮演不可或缺的角色。"
※ 相關報導：
＊ Blue-Light-Activated Histidine Kinases: Two-Component Sensors in Bacteria http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/317/5841/1090
Trevor E. Swartz, Tong-Seung Tseng, Marcus A. Frederickson, Gaston Paris, Diego J. Comerci, Gireesh Rajashekara, Jung-Gun Kim, Mary Beth Mudgett, Gary A. Splitter, Rodolfo A. Ugalde, Fernando A. Goldbaum, Winslow R. Briggs, Roberto A. Bogomolni
Science 24 August 2007: Vol. 317. no. 5841, pp. 1090 - 1093
DOI: 10.1126/science.1144306
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