伦敦大学学院的研究人员捕捉到了活细菌的最佳图像，揭示了许多细菌周围保护性涂层的复杂结构，并使它们对抗生素产生耐药性。
发表在《美国国家科学院院刊》上的这项研究表明，革兰氏阴性细菌具有保护外层，表面可以有强区和弱区。
细菌的保护性外部屏障包括密集的蛋白质构建块网络，这些蛋白质构建块与无蛋白质斑块交替存在。这些斑块富含糖链分子(糖脂)，有助于收紧外膜。
革兰氏阴性菌的厚外层阻止某些药物进入细胞，这就是为什么革兰氏阴性菌的抗菌素耐药性被视为比革兰氏阳性菌的耐药性(如耐药金黄色葡萄球菌(又名MRSA))更大的威胁之一。
“外膜是抵抗抗生素的强大屏障，是使传染性细菌对药物产生耐药性的重要因素。然而，目前还不清楚这种屏障是如何组合在一起的，这就是为什么我们选择如此详细地研究它的原因，”通讯作者巴特·胡根布姆教授补充道。
“通过从分子到细胞尺度研究活细菌，我们可以看到膜蛋白如何形成一个跨越细菌整个表面的网络，为不含蛋白质的斑块留下小间隙。这表明，屏障可能不会同样难以突破或伸展到细菌的所有地方，但可能有更强和更弱的地方，也可以被抗生素靶向。”
研究人员用显微针感受了活的大肠杆菌(E. coli)细菌的基本结构，以了解其结构。因为针头的尖端只有几纳米宽，所以很容易看到细菌表面的分子结构。
图像显示，这种细菌的整个外膜上布满了由蛋白质构成的微孔，允许营养物质通过，同时限制毒素。尽管外膜含有大量的蛋白质，但其紧凑而不可移动的结构让研究人员措手不及。
有趣的是，扫描显示大量的斑点似乎不是无蛋白质的。相反，这些斑块含有在革兰氏阴性菌表面发现的糖脂。当膜的一部分由于突变而被翻转时，出现了第二个丘疹样斑块。这些异常的出现与对杆菌肽的敏感性增加有关，杆菌肽是一种对革兰氏阳性菌有效的抗生素，在这种情况下对革兰氏阴性菌无效。
“细菌外膜的教科书图片显示，蛋白质以一种无序的方式分布在膜上，与膜的其他组成部分充分混合。我们的图像显示，情况并非如此，而是脂质斑块从富含蛋白质的网络中分离出来，就像油从水中分离出来一样，在某些情况下，在细菌的盔甲中形成裂缝。这种观察外膜的新方法意味着我们现在可以开始探索这种顺序是否以及如何影响膜的功能、完整性和对抗生素的耐药性，”在伦敦大学学院对微生物进行显微镜观察的Georgina Benn解释说。
这一发现还可能揭示细菌是如何在允许快速生长的同时保持紧密的保护性屏障的。在理想条件下，大肠杆菌的体积会翻倍，然后在20分钟内分裂。研究人员认为，糖脂斑块比蛋白质网络允许更多的膜拉伸，使膜更容易适应细菌不断增加的尺寸。
英国研究院、美国国立卫生研究院、欧洲研究理事会和英国商业、能源和工业战略部慷慨地赞助了这项研究。
