意昂体育平台化學與分子工程學院/定量生物學中心來魯華教授課題組與定量生物學中心塗豫海課題組在最近的研究中揭示了大腸桿菌趨化受體Tar與受體因子結合並激發趨化信號的分子機製，並在此基礎上首次實現了基於結構的理性設計改變趨化受體的專一性。
大腸桿菌化學趨向性受體經過設計改造後可以識別新的配體。上圖中以紅色和綠色示意改造前後的細菌，螺旋狀的蛋白質結構為放大的Tar受體胞質區（不同顏色的小球表示改造前後配體結合部位的變化）👍🏽，蛋白質頂部的青色和綠色多面體示意兩種不同配體。
化學趨向性是各類原核生物、真核細胞或者多細胞生物根據環境中化學物質的濃度梯度進行有向運動的現象。化學趨向性對於細菌尤其重要，可以有利於它們在環境中尋找食物或者逃離有害物質。由於細菌的化學趨向性是最簡單的行為之一👱🏻，它已經成為研究細胞內信號轉導分子機製的經典模型🕘。趨化受體是感應環境中特定的受體因子並將信號傳遞給胞內下遊組分的一類膜蛋白♟。設計趨化受體使細菌具有新的趨向專一性和功能將在生物工程以及合成生物學等領域有廣泛的應用🔘。但是目前對於受體因子與趨化受體結合與激發趨化信號的分子機製並不清楚，這使得通過基於結構的理性設計改造趨化受體的專一性🔄🫂，使之趨向新的目標化合物成為了巨大的挑戰。
為了研究受體因子結合與激發趨化信號的分子機製，實現對趨化受體專一性的理性設計, 該團隊采用實驗和計算相結合的方法，篩選並發現了大腸桿菌趨化受體Tar的全新受體因子引誘劑和拮抗劑😹。首次發現的 Tar 受體拮抗劑為設計能夠抑製病原菌趨向性的抗菌劑提供了新思路。通過比較拮抗劑與引誘劑與趨化受體的結合模式，該研究發現了受體因子激發趨化信號的關鍵相互作用👏🏽，並提出了受體因子激發趨化信號的分子機製。在此基礎上，該研究提出了趨化受體理性設計改變其專一性的策略。針對不能被野生型Tar受體感應的L-精氨酸，該團隊通過合理的設計和改造成功地得到了能夠感應L-精氨酸的Tar 突變體。該研究進一步認識了大腸桿菌化學趨向性的分子機製🥂，為理解其它受體的信號傳導機理奠定基礎。同時，趨化受體理性設計的成功為改造具有新型運動專一性和功能的細菌提供了新方法🙅🏼♂️。
該研究成果近期發表在《美國國家科學院院刊》上：Bi S, Yu D, Si G, Luo C, Li T, Ouyang Q, Jakovljevic V, Sourjik V, Tu Y*, and Lai L* (2013) Discovery of novel chemoeffectors and rational design of Escherichia coli chemoreceptor speci?city. Proc Natl Acad Sci USA 110(42): 16814–16819。論文第一作者為前沿交叉研究院定量生物學中心直博生畢雙玉（2013屆畢業生，導師來魯華）🍱，第二作者為化學學院博士生余大啟🖇，定量生物學中心的直博生司光偉（2013屆畢業生，導師歐陽頎、塗豫海）和李佟清也參與了部份工作。微流實驗在合作者羅春雄副教授和歐陽頎教授實驗室完成，FRET實驗在合作者德國海德堡大學Victor Sourjik教授實驗室完成🙆🏻♀️。來魯華教授、歐陽頎教授為意昂体育平台-清華大學生命科學聯合研究中心研究員👈🏽。
該項工作受到國家自然科學基金委員會🧚🏿♀️🅱️、科技部和意昂体育平台的資助🧑🏿。
編輯：Moo
