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今天（7月26日），美國(guó)《科學(xué)》雜志刊發(fā)浙江大學(xué)生命科學(xué)研究院葉升課題組的一大發(fā)現(xiàn)——細(xì)菌細(xì)胞分裂的奧秘。這一研究將為廣譜抗生素的研發(fā)提供依據(jù)。

細(xì)胞分裂，一個(gè)變兩個(gè)，看似簡(jiǎn)單而奧妙無(wú)窮的生命過(guò)程，可在開(kāi)始分裂的那一剎那，是什么力量讓細(xì)胞產(chǎn)生“凹陷”，進(jìn)而一分為二？

葉升課題組*次解析了細(xì)胞分裂蛋白FtsZ所形成的原絲纖維的三維結(jié)構(gòu)，從中找到了其中的答案。論文的*作者，則為浙大生命科學(xué)研究院的博士生李穎。

細(xì)胞分裂時(shí)，母細(xì)胞中間會(huì)先產(chǎn)生一層隔膜。60多年前，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了組成這層隔膜的關(guān)鍵蛋白，將它命名為FtsZ。

1991年，科學(xué)家進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，當(dāng)細(xì)胞分裂發(fā)生時(shí)，許多個(gè)FtsZ蛋白首尾相連形成原絲纖維，這些原絲纖維再相互組合，如同項(xiàng)鏈，形成一個(gè)在細(xì)胞中部圍繞細(xì)胞的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，科學(xué)家們稱(chēng)它為“收縮之環(huán)”，也叫Z環(huán)。在Z環(huán)收縮之力的“驅(qū)動(dòng)”下，母細(xì)胞向內(nèi)凹陷，進(jìn)而一分為二。

收縮之力來(lái)自哪里？這個(gè)問(wèn)題，科學(xué)界一直有爭(zhēng)議。如果我們?cè)陬^發(fā)絲的六萬(wàn)分之一的尺度下觀察細(xì)胞的Z環(huán)，就會(huì)看到它們主要由FtsZ蛋白結(jié)合GTP形成的原絲纖維組成。當(dāng)細(xì)胞發(fā)生分裂，GTP會(huì)分解成為GDP，并釋放化學(xué)能。

2008年，一項(xiàng)刊登在《科學(xué)》雜志上的研究結(jié)束了持續(xù)多年的爭(zhēng)議。研究指出，正是FtsZ蛋白，將GTP水解過(guò)程中產(chǎn)生的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為了機(jī)械能。

但是，這一轉(zhuǎn)換究竟如何實(shí)現(xiàn)？幾年來(lái)一直沒(méi)有人能夠解釋。

“如果能解析到FtsZ蛋白原絲纖維的三維結(jié)構(gòu)，其中的機(jī)制就能真相大白。”葉升課題組從結(jié)核分枝桿菌中克隆了FtsZ的基因，通過(guò)X射線衍射，拍下了100多張不同角度的FtsZ蛋白晶體衍射圖。

再通過(guò)計(jì)算機(jī)分析，他們成功得到了FtsZ蛋白的三維結(jié)構(gòu)圖，*次看到了這樣的景象：GTP水解后，F(xiàn)tsZ原絲纖維發(fā)生了50度的彎曲。

“我們從結(jié)構(gòu)生物學(xué)角度，更地理解了細(xì)胞分裂機(jī)制，回應(yīng)并進(jìn)一步解析了2008年《科學(xué)》雜志提出的觀點(diǎn)。”葉升說(shuō)。

這一研究為研究新的廣譜抗菌藥物提供了直接的結(jié)構(gòu)信息。下一步，課題組將以FtsZ蛋白以及Z環(huán)為靶標(biāo)，進(jìn)行肺結(jié)核病的分子藥物設(shè)計(jì)。“我們可以通過(guò)抑制FtsZ從而達(dá)到抑制細(xì)菌分裂的目的.