一种用于利用乙醇胺的蛋白质“小器官”是如何形成的

许多致病细菌，如沙门氏菌、大肠杆菌等，能利用一种名为乙醇胺（EA）的营养物质作为碳源或氮源。这种能力使它们在肠道中比其他共生菌更具生长优势，并增强其致病性。这些细菌通过一个由17个基因组成的操纵子来分解乙醇胺，这些基因编码的蛋白质会自组装成一种名为“乙醇胺利用微区室”（Eut BMCs）的多面体结构。这种微区室就像一个微型工厂，将相关酶集中在一起，提高代谢效率。

尽管Eut BMCs在致病过程中很重要，但其具体组装机制一直不清楚。本研究通过基因编辑、超分辨率荧光成像、电镜和生化分析等手段，系统研究了沙门氏菌中Eut BMCs的形成过程。研究人员首先标记了不同Eut蛋白，观察它们在细胞内的位置。结果发现，在没有乙醇胺和维生素B12时，这些蛋白分散在细胞质中；而在有乙醇胺存在时，它们会聚集形成典型的Eut BMC结构。

研究发现，多个Eut蛋白在组装中扮演关键角色。其中，EutM是外壳组装的起始者，通常在细胞极部开始形成外壳结构。EutN则负责塑造微区室的多面体外形。EutK影响微区室在细胞内的分布位置。而EutL和EutQ对连接外壳和内部酶（即“货物”）至关重要。如果没有EutL或EutQ，外壳和酶就会分开，分别形成多个小聚集体和一个大的极部聚集体，导致细菌生长变慢。

进一步研究表明，EutQ蛋白是连接外壳和酶的核心“桥梁”。它的N端区域包含四个α螺旋，其中H1和H2螺旋与外壳蛋白EutM和EutL结合，H3和H4螺旋则与酶上的特定短肽（称为封装肽）结合，从而将酶拉入微区室内。实验证明，如果删除EutQ的N端，外壳和酶就无法连接；但如果只删除C端，微区室仍能正常形成。这说明EutQ的N端是实现酶封装的关键。

此外，研究还揭示了Eut BMCs的组装顺序。通过实时观察，研究人员发现外壳蛋白的聚集总是先于内部酶的聚集，两者平均相差约2.4分钟。这表明Eut BMCs遵循“壳启动”的组装路径：先由EutM在外壳起始组装，形成不完整的框架，然后这个框架作为“支架”，吸引并招募带有封装肽的酶进入，最终完成整个微区室的构建。

有趣的是，一旦酶被包裹进微区室，它们表现出类似液体的动态特性。荧光漂白恢复实验显示，内部酶的流动性远高于外壳蛋白，说明它们在微区室内形成了“液态凝聚体”。这种液态组织有助于酶的灵活移动和高效反应，是维持微区室功能的重要机制。

总的来说，这项研究首次详细阐明了Eut BMCs的组装蓝图：EutM启动外壳在细胞极部的组装，EutQ作为“适配器”桥接外壳和酶，确保酶被正确包裹，随后通过“壳启动”路径逐步完善结构，最终形成具有液态核心的功能性微区室。这一发现不仅增进了我们对细菌“无膜细胞器”的理解，也为开发针对肠道致病菌的新疗法提供了潜在靶点，例如设计药物干扰EutQ的功能，从而破坏细菌的能量代谢。