中國科學(xué)院生物物理研究所的張凱和趙永芳等人最近合作在Cell Research發(fā)表了題為“Substrate-bound structure of the E. coli multidrug resistance transporter MdfA”的研究成果，報告了他們在大腸桿菌MFS家族的多藥物外排蛋白MdfA結構方面的最新研究。
眾所周知，細菌感染是困擾全人類(lèi)的健康問(wèn)題之一。雖然自從青霉素問(wèn)世以來(lái)，人類(lèi)憑借抗生素的發(fā)明有效緩解了這一問(wèn)題。然而，隨之而來(lái)的細菌抗藥性卻讓許多努力付之東流。因此，抗藥性相關(guān)的機制研究及對策已成為世界衛生組織和各國政府共同關(guān)注的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)多年研究，國內外科學(xué)家發(fā)現在細菌眾多抗藥機制中，最普遍的一種機制是利用細胞膜上的多個(gè)藥物外排泵，將抗生素外排出細胞。因此，研究抗生素相關(guān)轉運機制在開(kāi)發(fā)新型抗生素和克服細菌抗藥性的課題中有著(zhù)重要意義。
由于大腸桿菌MFS家族的多藥物外排蛋白MdfA是抗藥機制研究中的經(jīng)典模型，因此對該蛋白結構的解析有助于深入認識細菌的藥物外排機制。張凱課題組成功解析了MdfA-氯霉素以及MdfA與多個(gè)底物類(lèi)似物復合物的高分辨率晶體結構（最高2.0 埃）。這在MSF家族中，藥物底物與轉運蛋白復合物的晶體結構的報道仍屬首次。MdfA形成12次跨膜螺旋的拓撲結構，含有由3次跨膜螺旋重復結構形成的兩個(gè)結構域，底物結合口袋位于兩個(gè)結構域的界面處。通過(guò)突變實(shí)驗，該研究組在細胞水平上對氯霉素的結合位點(diǎn)進(jìn)行了研究，驗證了多個(gè)對底物結合及質(zhì)子化位點(diǎn)起關(guān)鍵作用的氨基酸殘基。同時(shí)趙永芳課題組利用單分子熒光共振等方法驗證了晶體結構中的觀(guān)測�；趯υ摷易宓鞍字卸鄠�(gè)保守的序列模體進(jìn)行的結構和功能分析，張凱、趙永芳等人提出了一個(gè)基于膜電位的、底物-質(zhì)子逆向轉運的分子機制，為進(jìn)一步認識廣譜性抗藥轉運蛋白的一般工作原理奠定了實(shí)驗和理論基礎。
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