Question

【题目】阅读下列材料，回答问题：

细菌的武器知多少？

为了生存，细菌通过进化获得了一系列可用于细菌间以及细菌与宿主细胞竞争的武器系统。根据作用距离，可大致分为非接触式抑制和接触式抑制两类。第一类的典型代表是可以扩散的抗生素等小分子化合物。这一类已经被广泛应用于医学和农业，为人类健康和社会发展发挥了至关重要的作用。第二类可以通过直接接触而作用于相邻细胞，其中有一种蛋白分泌系统(T6SS)。

T6SS 广泛存在于革兰氏阴性细菌中，是细菌胞质中最长的管状结构之一，可作用于真核细胞，也可以作用于原核细胞。它不需要利用表面受体，而是通过细菌间直接接触，在几毫秒内直接将底物蛋白转运至受体细菌的细胞质中。

T6SS主要由跨膜复合体(Membranecomplex TssJLM)、基座复合体(BaseplateTssEFGK)和管状结构(VipA/B 和Hcp)三部分组成。T6SS的结构和作用方式如图所示。

由于同种细胞之间也会发生T6SS 的穿刺转运，因此物理性的穿透并不能对细胞产生致死性伤害，而T6SS 的杀伤功能主要是由其分泌的蛋白的功能所决定的。T6SS 的分泌蛋白主要包括起运载作用的结构蛋白和发挥生物学活性的效应蛋白。T6SS 的效应蛋白一般具有对真核细胞或者原核细胞的细胞毒性。

T6SS基因簇广泛存在于革兰氏阴性细菌中，其中的一些关键基因已经被发现在细菌与真核细胞的相互作用中至关重要。科学家利用转座子随机突变的方法，在霍乱弧菌中寻找对变形虫的侵染非常重要的基因。通过分析失去毒性的突变体，发现并系统鉴定了T6SS 的基因簇。

为了避免被自身细胞杀死，T6SS 需要合成脱毒蛋白，也称免疫蛋白。免疫蛋白通过与有毒性的效应蛋白相结合来实现自我保护，而且由于免疫蛋白与效应蛋白的功能相关性，它们在基因组上的位置也是相邻的。

作为一种重要的细菌武器，T6SS 对细菌在竞争条件下的生存至关重要，而其对细菌的适应性或者竞争性的功能主要取决于T6SS 所运载的分泌蛋白的种类和功能。总之，T6SS 是细菌中最重要的菌与菌、菌与环境、菌与宿主细胞的相互作用的工具之一。

（1）举例说明，革兰氏阴性细菌的效应蛋白对细菌的意义。 ______________

（2）请用通俗的语言，描述（T6SS）蛋白分泌系统是如何分泌蛋白的？ ______________

（3）转座子是一段基因可以从基因组原来位点上单独复制或断裂下来，插入到另一位点，并导致所插入位点的基因发生突变。文中到科学家利用转座子随机突变的方法，在霍乱弧菌中寻找对阿米巴虫的侵染非常重要的基因。请根据以上信息，完善这一实验的实验设计方案。 ______________

（4）病原菌的致病性主要依赖于分泌的毒素、蛋白酶等毒性分子，请根据文章的内容，提出一条预防细菌感染的思路。______________

Answer 1

【答案】T6SS 的分泌蛋白主要包括起运载作用的结构蛋白和发挥生物学活性的效应蛋白。T6SS 的效应蛋白一般具有对真核细胞或者原核细胞的细胞毒性，从而对自身实现了保护机制，T6SS 是细菌中最重要的菌与菌、菌与环境、菌与宿主细胞的相互作用的工具之一。 T6SS主要由跨膜复合体、基座复合体和管状结构三部分组成，首先跨膜/基座复合体将管状结构固定在细胞膜上，然后外鞘的收缩驱动Hcp内管及其结合的顶端蛋白VgrG和PAAR排出到细胞外或者相邻细胞内，从而实现了分泌蛋白的分泌。通俗的讲，如果将T6SS比喻为细菌的弓箭，那么由膜-底座复合体和外鞘组成的弓能够将由Hcp组成的箭体和VgrG-PAAR组成的箭头在几毫秒内弹射出去。 用转座子技术让霍乱弧菌发生基因突变，然后再让这些突变霍乱弧菌去侵染阿米巴虫，通过对阿米巴虫生活状态观察，从存活的阿米巴虫体内提取失去毒性的突变体进行相关T6SS 的基因的检测，发现并系统鉴定了T6SS 的基因簇。 设法阻断细菌毒素、蛋白酶等毒性分子的分泌过程，从而避免对人类造成伤害，具体做法是通过转座子技术改造细菌的T6SS 的基因簇，使细菌突变为失去毒性的突变株（即阻断了细菌毒素、蛋白酶等毒性分子的分泌过程）

【解析】

T6SS的分泌蛋白的过程

位于T6SS结构最尖端的是VgrG三聚体和PAAR蛋白。细菌基因组可以编码多个VgrG和PAAR基因，但是每次外管的收缩只会将一个PAAR蛋白、三个VgrG蛋白，以及数百个Hcp蛋白分泌出去。如果将T6SS比喻为细菌的弓箭，那么由膜-底座复合体和外鞘组成的弓能够将由Hcp组成的箭体和VgrG-PAAR组成的箭头在几毫秒内弹射出去。外鞘收缩释放出惊人的能量，相当于4 000个ATP水解释放的能量。并且，由于外鞘和内管的螺旋结构，收缩过程导致的管体旋转角速度能够达到约每分种12万转。这为T6SS穿透受体细胞的内外膜和细胞壁提供了足够的穿透力

（1）T6SS （蛋白分泌系统）广泛存在于革兰氏阴性细菌中，T6SS 的杀伤功能主要是由其分泌的蛋白的功能所决定的。T6SS 的分泌蛋白主要包括起运载作用的结构蛋白和发挥生物学活性的效应蛋白。T6SS 的效应蛋白一般具有对真核细胞或者原核细胞的细胞毒性，从而对自身实现了保护机制，T6SS 是细菌中最重要的菌与菌、菌与环境、菌与宿主细胞的相互作用的工具之一。

（2）T6SS主要由跨膜复合体、基座复合体和管状结构三部分组成，首先跨膜/基座复合体将管状结构固定在细胞膜上，然后外鞘的收缩驱动Hcp内管及其结合的顶端蛋白VgrG和PAAR排出到细胞外或者相邻细胞内，从而实现了分泌蛋白的分泌。通俗的讲，如果将T6SS比喻为细菌的弓箭，那么由膜-底座复合体和外鞘组成的弓能够将由Hcp组成的箭体和VgrG-PAAR组成的箭头在几毫秒内弹射出去。

（3）题意显示，转座子是一段基因可以从基因组原来位点上单独复制或断裂下来，插入到另一位点，并导致所插入位点的基因发生突变，利用这一原理，用转座子技术让霍乱弧菌发生基因突变，然后再让这些突变霍乱弧菌去侵染阿米巴虫，通过对阿米巴虫生活状态观察，从存活的阿米巴虫体内提取失去毒性的突变体进行相关T6SS 的基因的检测，发现并系统鉴定了T6SS 的基因簇。

（4）根据这篇文章我们懂得了病原菌的致病性的机理主要依赖于分泌的毒素、蛋白酶等毒性分子，为了预防细菌的感染，首要的做法是设法阻断细菌毒素、蛋白酶等毒性分子的分泌过程，从而避免对人类造成伤害，具体做法是通过转座子技术改造细菌的T6SS 的基因簇，使细菌突变为失去毒性的突变株（即阻断了细菌毒素、蛋白酶等毒性分子的分泌过程）。