植物界又一個長達50多年的謎案告破。一種名為NTT的蛋白質，原先是一部分特殊衣原體用來「竊取」宿主細胞能量的作案工具，卻在進化過程中被植物「偷」來，成了葉綠體、澱粉體等細胞器的關鍵裝備。3月13日零點，這項由中國科學家經過兩年多合作獲得的成果在線發表於國際權威學術期刊《自然》上。這一謎案的破解，將為治療相關疾病的藥物設計、改造蛋白提高作物產量提供重要思路。
這次新發現由中國科學院分子植物科學卓越創新中心范敏銳研究員團隊聯合西湖大學吳旭冬研究員團隊、復旦大學張金儒研究員團隊和浙江大學蘇楠楠研究員團隊共同完成。他們在世界上首次解析了病原體與植物葉綠體ATP運輸蛋白的三維結構及運輸ATP的分子機制。
眾所周知，所有生物體都依賴能量來維持基本的生理功能，腺苷三磷酸（ATP）則是細胞內主要能量「充電寶」。在自然界中，有一類被稱為「專性胞內病原體」的特殊微生物，它們必須寄生在宿主細胞內部才能存活，包括沙眼衣原體、肺炎衣原體、立克次氏體、微孢子蟲等。
過去研究發現，這些專性胞內病原體由於自身能量代謝能力退化，無法獨立產生足夠ATP，因此必須「竊取」宿主細胞中的ATP來獲取能量——其細胞膜上存在一種ATP運輸蛋白NTT，通過等量交換ATP及其水解產物核苷二磷酸（ADP）和磷酸根，持續從宿主細胞獲取能量，確保自身生存繁殖。
病原體和葉綠體的能量分子ATP運輸蛋白
有趣的是，這類蛋白也存在於植物葉綠體等質體細胞器中。過去就有假說認為，最初的真核細胞曾吞噬了衣原體，將其中的NTT蛋白在進化過程中保留下來，成為葉綠體和其他質體（如澱粉體）中的關鍵部分，幫助它們高效利用細胞能量。不過，儘管NTT研究已有50多年，但其具體的ATP識別和跨膜運輸機制仍不清晰。
2022年9月，從美國斯坦福大學學成回國的范敏銳來到分子植物卓越中心組建自己的研究團隊，並嘗試解開這一謎團。他們與合作者解析了肺炎衣原體和植物葉綠體ATP運輸蛋白的高解析度三維結構，發現二者結構高度相似，從而印證了「葉綠體ATP運輸蛋白來源於衣原體」的假說。同時，研究還發現，ATP結合位點位於NTT蛋白中央，NTT的前後兩半部分可相對擺動，促進ATP的結合、跨膜運輸和釋放。
NTT介導的ATP跨膜運輸過程
據世界衛生組織統計，2020年全球約有1.29億例衣原體感染，造成巨大的醫療和經濟負擔，且人類目前尚無疫苗對付這類病原體。該研究為開發針對專性胞內病原體的新型抗生素提供了分子基礎。此外，該研究不僅深化了對葉綠體內共生過程中跨膜能量傳遞機制的理解，也有助於改造ATP運輸蛋白提升作物光合作用效率和農業增產。
原標題：盜竊工具給別人偷了？這一50多年「懸案」告破，登上《自然》
欄目主編：任荃
來源：作者：文匯報 許琦敏
