大肠杆菌之死：看AFM视角下的补体蛋白如何破坏细胞膜结构

为了破坏革兰氏阴性菌的细胞包被以达到清除血液中细菌的目的，补体系统会通过5种蛋白C5-C9在菌细胞外膜上形成蛋白孔。大致过程如图一A所示，C5蛋白经过转换酶催化生成C5b，与C6-8 另外三种蛋白逐步吸附到细菌外膜（OM），并作为锚点与多份C9蛋白在外膜上形成突出状MAC孔结构。实验中对活的大肠杆菌添加C5-C9蛋白后，使用AFM即可观察到外膜上这些MAC蛋白孔（图一B ）。尽管此时细菌外膜上已有密密麻麻的穿孔（图一C），但环境中所添加的荧光染料并未进入细胞中，显示此刻细菌内膜仍然具有功能完整性（图一D）。

随着时间的推移，菌膜的结构被进一步破坏，如图二B所示，AFM相图中MAC单孔结构伴随着时间逐渐模糊，而高度图显示的表面粗糙度亦逐渐增大。与此伴随是在实验开始的35分钟后AFM所测量的细菌也具有了明显的荧光信号，显示细胞内膜的通透性已发生了明显变化。

而图三则展示了此过程膜结构变化的更多细节。图三C&D 显示在测试前2分钟和0分钟的时间点上，所测细胞的荧光信号。而图三B来自于对该细菌所进行的视频级AFM快扫数据，可注意到在截取的8个时间点上，除突出的MAC孔结构外，细胞表面的缺陷面积亦越来越大。

随着细胞膜通透性的变化，在渗透压的驱动下，细菌开始发生明显的溶胀，正如图四A&B 中AFM高度图结果所展示的状况。在大量细胞外溶液涌入后，细菌胞体进一步硬化（图四C）。此渗透压失衡下的膨胀过程最终导致了细菌的裂解与死亡。