鼠疫、細菌性痢疾和霍亂都有一個共同點：這些危險的疾病都是由細菌所引起，細菌利用一種復雜的注射裝置來感染它們的宿主。通過這些針狀結構，它們將分子物質釋放到宿主細胞中，從而逃逸免疫反應。

近日來自德國馬克斯•普朗克生物物理化學研究院的研究人員與馬克斯•普朗克感染生物學研究所及美國華盛頓大學的的同事展開合作，以原子分辨率闡明了這種針狀裝置的結構。他們的研究發現有可能推動藥物制造以及特異性預防感染過程的新策略開發。相關論文發布在《自然》（Nature）雜志上。
數以百計的微小空心針從細菌細胞膜伸出——它是一種危險的工具可使得病原體引起鼠疫或霍亂。連同底部一起嵌入細胞膜中，這些微型注射器構成了所謂的III型分泌系統——通過這一注射裝置病原體將分子物質注入到它們的宿主細胞中。在宿主細胞中這些物質操縱重要的代謝過程，使得免疫系統無法確定感染細胞。后果是相當嚴重的因為這使得病原體可以無障礙在生物體中傳播。迄今為止，醫生通常都是采用處方常規抗生素的方法來對抗感染。然而隨著一些細菌株成功地形成耐藥，*的研究人員正尋求發現更具特異性的藥物。

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目前對于這一長約60-80納米，寬為8納米的針狀裝置的結構還不是很清楚。經典的方法例如X射線晶體學或電子顯微鏡均不能或是會生成錯誤的模型結構。具有不可結晶和不溶性，這一針狀裝置使得所有解碼它原子結構的嘗試zui終失敗。因此馬克斯•普朗克生物物理化學研究院的Adam Lange 和 Stefan Becker與一批物理學家、生物學家和化學家一起選擇了一種全新的方法。與華盛頓大學的David Baker和馬克斯•普朗克感染生物學研究所的Michael Kolbe合作，科學家們成功地將實驗室生成的針狀裝置與固態核磁共振光譜學、電子顯微鏡和計算機模擬相結合。研究人員逐個原子破譯了針狀裝置的結構，以埃分辨率顯示了分子結構圖像。
這需要幾個領域的共同進展。Adam Lange 說：“我們已經在樣品制造和固體磁共振光譜學上取得了很大的進展。zui后，我們還利用了我們研究所Christian Griesinger教授磁共振結構生物學系當前功能zui強大的固態磁共振波譜儀。”

Lange說：“我們驚訝于看到的針狀裝置構造。”如所預料的一樣，可引起各種不同疾病例如食物中毒、細菌性痢疾或鼠疫的病原體的針狀裝置顯示了驚人的相似性。然而與之前假設相反的是，這些相似性被發現存在于針狀裝置的內部，而它們的表面卻顯示驚人的差異。根據科學家們所說，這種差異性有可能是細菌逃逸宿主免疫識別的一種策略。針狀裝置表面的改變使得宿主免疫系統難于識別病原體。
科學家Lange、 Kolbe、Becker和他們的同事Christian Griesinger 與 Arturo Zychlinsky側重研究這種細菌注射裝置已有數年。他們與德國聯邦材料試驗研究院一起在2010年揭示了細菌組裝它們的微型注射器的機制。發現原子分辨率的結構不僅使研究人員獲得了對于這些病原體欺瞞宿主細胞機制的新認識，它還提供了展望利用定制分子阻斷這一注射器裝配及細菌因子的傳遞。這種抗感染藥相比于常規的抗生素能夠更特異和更輕易地在感染過程中發揮作用。“有了我們的新技術，我們能夠在實驗室生成大量的針狀裝置。現在我們的目標是開發一種出高通量的方法。這將使得我們尋找到新的藥物來防止這一針狀裝置的形成，”Stefan Becker解釋說。

來源：生物通