《科学》:尿液中还真有抗菌消毒成分 能网住病菌(图)

毫不夸张地说，这个世界是由微生物统治的。

不信你瞧，在几乎所有肉眼能看到的地方，都存活着数以万计肉眼看不见的小小生灵，就连我们人类的体内体表，也是居住着很多细菌。

这些菌自然不会都是好菌，也有很大一部分会导致疾病。如果身体没有相应的抗菌方法，可能我们早就大病一场了。从这个角度来说， 恐怕人类自身才是最强的“抗菌材料”。

近期，《科学》杂志的一项研究就为我们揭示了尿液中一种蛋白的抗菌机制[1]。 这种尿蛋白形状细长，具有很多枝杈，这些枝杈可以紧紧“抓住”细菌的菌毛，将它们一网打尽，并最终随着尿液排出体外。





尿调节蛋白可结合致病菌的菌毛，阻止其侵入尿道上皮细胞

前文所述的这种尿蛋白大名叫做 尿调节蛋白（UMOD），是尿液中最丰富的一种蛋白。早在六十多年前，科学家们就在电子显微镜下发现了这种蛋白，也发现了它形成的细长蛋白丝。

其实科学家们一直怀疑尿调节蛋白是保护尿道环境免遭细菌感染的头号功臣，不过受限于科学技术，科学家们一直没有彻底搞清楚尿调节蛋白到底长什么样、又是怎么作用的，只是初步怀疑 它可能能够阻止致病菌结合尿道上皮表面的糖链，以此来保护机体。

如今我们有了冷冻电镜技术，想要看清尿调节蛋白可就简单得多啦！

有意思的是，此前研究一直认为尿调节蛋白是一种锯齿状的细丝，就像白炽灯泡里的灯丝，不过通过冷冻电镜多方向观察， 研究者发现它其实是类似鱼骨的形状，有中心一条主干和有规律突触的很多枝杈。



冷冻电镜下不同方向观察到的尿调节蛋白

经过一通分析，研究者发现这些枝杈就是它们能够拦截致病菌的关键了。

实验中，研究者们选择的是一种致病性的大肠杆菌。他们发现， 大肠杆菌黏附尿道上皮细胞最关键的1型菌毛，其实和尿调节蛋白的枝杈也能结合，而且结合力还相当强、相当稳定。此外，每个致病菌会有多个菌毛，它们都有可能被尿调节蛋白揪住。

这种结合比1型菌毛和尿路壁上糖链的结合要更牢固，所以在致病菌打上皮细胞主意之前，它们就会被尿调节蛋白一网打尽了。



尿调节蛋白“围攻”大肠杆菌

尿调节蛋白与大肠杆菌之间的作用是通过一个特定的天冬酰胺位点实现的，实际上研究者还发现了一些其他潜在的糖基化结合位点，他们猜测这些位点可能是针对另外的一些致病菌，比如克雷伯氏菌、假单胞菌、链球菌什么的。

那么尿调节蛋白抓住了致病菌之后怎么办呢，毕竟这些蛋白看起来并不会杀菌。

研究者获得了一些尿道炎患者的尿样，进行了同样的分析， 结果发现尿液中存在一些细菌团块，仔细观察可以发现，细菌们都被大量尿调节蛋白包裹着，这种团块应该就是尿调节蛋白“打捞”致病菌的收获吧。



尿样中检测到的细菌团块

研究者还在其他细菌感染患者的尿样中检测到了类似的现象，说明之前对未明位点的猜测也是正确的。

这些致病菌在尿道内被尿调节蛋白捕获、成团，随即随着尿液排除了体外，真是非常简单高效的一套组合拳。

另外值得一提的是，这项研究中使用冷冻电镜技术直接分析了来自于人类的原始样本，这是很少见的，也意味着冷冻电镜技术在生物医学成像上还有更大的应用空间。

编辑神叨叨

[1] https://science.sciencemag.org/content/369/6506/1005

[2] https://science.sciencemag.org/content/369/6506/917 阅读原文