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细菌菌毛在黏附、定植和生物膜形成中起核心作用，然而，同一病原体内相关菌毛系统如何在结构和力学上实现特化，仍然知之甚少。牙龈卟啉单胞菌作为一种关键的牙周致病菌，表达两种主要的V型菌毛系统，即主要的Fim菌毛和次要的Mfa菌毛，它们分别支持不同的黏附和生物膜相关功能。在本研究中，我们解析了直接从牙龈卟啉单胞菌中纯化得到的天然FimA和Mfa1菌毛轴的高分辨率冷冻电子显微镜结构，并表明，共享的供体链交换机制可产生显著不同的丝状体结构。FimA形成更为伸展的菌毛轴，而Mfa1则形成紧凑的丝状体，其中Mfa1的供体链深度埋藏，并受到有序N端区域的屏蔽。与单体菌毛蛋白结构的比较显示出不同的组装相关重塑，包括Mfa1在聚合过程中其N端区域的有序化。基于结构指导对该区域进行缺失后，耐热性Mfa聚合物的积累减少。然而，仍然能够组装形成的丝状体依旧保持其整体结构和力学行为，这表明该区域有助于聚合物成熟或螺旋配准，而非直接决定成熟菌毛轴的力学性质。结合原子力显微镜压痕实验和引导分子动力学模拟，我们进一步表明，FimA和Mfa1分别处于互补的力学状态：在横向形变下，FimA局部刚性更高；而在轴向拉伸过程中，Mfa1则经历一次集中的高力转变。这些发现确立了牙龈卟啉单胞菌V型菌毛是经过结构和力学特化的黏附性聚合物，并为理解细菌病原体如何调节表面丝状结构以在力学环境复杂的多菌种生物膜中持续存在提供了框架。
天然V型菌毛的结构调谐塑造了牙龈卟啉单胞菌中的机械特化 | bioRxiv
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牙龈卟啉单胞菌中天然V型菌毛的结构调谐塑造了机械特化
Zhifeng Wang， Adwaith B. Uday， Valentin Nelea， Dieter P. Reinhardt， D. Peter Tieleman， Khanh Huy Bui， Natalie Zeytuni
doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.16.738973
Zhifeng Wang 1 麦吉尔大学；
Adwaith B. Uday 1 麦吉尔大学；
Valentin Nelea 1 麦吉尔大学；
Dieter P. Reinhardt 1 麦吉尔大学；
D. Peter Tieleman 2 卡尔加里大学；
Khanh Huy Bui 3 麦吉尔大学
Natalie Zeytuni 1 麦吉尔大学；
通信作者： natalie.zeytuni{at}mcgill.ca
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细菌菌毛在黏附、定植和生物被膜形成中起核心作用，然而，同一病原体内相关菌毛系统如何在结构和力学上实现特化，仍知之甚少。牙龈卟啉单胞菌作为一种关键的牙周致病菌，表达两种主要的V型菌毛系统，即主要的 Fim 菌毛和次要的 Mfa 菌毛，它们分别支持不同的黏附和生物被膜相关功能。在持有人为作者/资助方，其已授予 bioRxiv 永久展示该预印本的许可。
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发表于 2026年7月17日。
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Zhifeng Wang， Adwaith B. Uday， Valentin Nelea， Dieter P. Reinhardt， D. Peter Tieleman， Khanh Huy Bui， Natalie Zeytuni
bioRxiv 2026.07.16.738973； doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.16.738973
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牙龈卟啉单胞菌中天然V型菌毛的结构调谐塑造了机械特化
Zhifeng Wang， Adwaith B. Uday， Valentin Nelea， Dieter P. Reinhardt， D. Peter Tieleman， Khanh Huy Bui， Natalie Zeytuni
bioRxiv 2026.07.16.738973； doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.16.738973
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.16.738973v1?rss=1
🏷️ 牙龈卟啉单胞菌 V型菌毛 冷冻电镜 结构生物学 生物膜黏附 力学特化