最近，一個科學家小組揭示了某些有害細菌如何鉆入我們的細胞并殺死它們。他們的研究表明，細菌“納米鉆（nanodrills）”如何將自身聚集在我們細胞的外表面，并首次展示了它們?nèi)绾卧诩毎饽ど香@孔。這項研究發(fā)表在2014年12月2日的《eLife》雜志，支持開發(fā)新藥來靶定這一與嚴重疾病相關的機制。該研究小組匯集了來自倫敦大學學院（UCL）、伯貝克學院、倫敦大學、萊斯特大學和莫納什大學（墨爾本）的研究人員。

不同于來自DIY工具包的鉆頭——它通過捻和研磨穿透一個表面，細菌nanodrills不含旋轉(zhuǎn)部件。相反，它們是環(huán)狀結(jié)構(gòu)（類似于一個小孔），用自組裝毒素分子制成。一旦組裝完成，毒素就在環(huán)的內(nèi)邊緣部署一種刀片，切進細胞膜，形成一個孔洞。

為了確定這些環(huán)是如何構(gòu)建的，研究小組成員Natalya Dudkina用電子顯微鏡，做出了幾千副涂覆有毒素的人工細胞膜的圖像。Dudkina是倫敦大學伯貝克學院Helen Saibil研究小組成員，專注于利用電子顯微鏡映射生物學結(jié)構(gòu)。

Dudkina說：“每個環(huán)都由大約37個毒素分子副本組成。但是除了完整的環(huán)之外，我們也觀察到弧形的、不完整的環(huán)。然而，我們有一個問題，即我們的方法只能記錄凍結(jié)在不同中間階段的膜穿孔過程的快照。”

這個問題的解決方法是，拍攝當毒素被放置在細胞膜上時發(fā)生了什么。這是由UCL倫敦納米技術中心Bart Hoogenboom實驗室的原子力顯微鏡（AFM）完成。AFM利用超細針來感覺，而不是看細胞的表面。這種針反復掃描表面，以產(chǎn)生一種運動圖像，刷新速度足以說明毒素如何在膜上移動，然后當它們凹陷時在膜上打孔。

UCL Hoogenboom實驗室成員Carl Leung指出：“這很壯觀。在毒素最初組裝成弧形和環(huán)形之后，它們繼續(xù)在細胞膜上滑過。然后，它們停了下來，陷入膜中，并開始吐出它們所鉆取的材料，例如你鉆木洞時產(chǎn)生的鋸末。”

讓研究小組大為吃驚的是，完整的環(huán)不需要刺穿細胞膜：甚至相對較短的片段仍然能夠切割孔洞，雖然孔洞規(guī)模較小，但是使它們處于開放狀態(tài)，從而讓細菌能夠以細胞的內(nèi)容物為食。

總而言之，這些結(jié)果詳細描述了細菌毒素如何在細胞膜上鉆孔。來自電子顯微鏡的快照展示了最初環(huán)是如何構(gòu)成的，以及鉆孔過程的結(jié)束，并且來自AFM的移動圖像顯示了該過程。

這一發(fā)現(xiàn)支持開發(fā)某種新藥，能夠靶定細菌nanodrills，并有助于治療與它們有關的疾病。這些疾病包括肺炎、腦膜炎和敗血癥。萊斯特大學目前正在進行這類藥物的廣泛研究，也能提供一種轉(zhuǎn)基因形式的毒素，幫助識別鉆孔過程的不同階段。