近日，穩態強磁場實驗裝置（SHMFF）用戶南開大學饒子和院士研究組領銜的聯合研究團隊首次報道了恥垢分枝桿菌呼吸鏈超級復合物III₂IV₂SOD₂原子分辨率結構，并聯合中科院強磁場科學中心極端條件電子自旋共振實驗室應用SHMFF低溫電子自旋共振（Electron Spin Resonance，ESR）設備，揭示了生命體內一種新的醌氧化與氧還原相偶聯的電子傳遞機制，為抗擊耐藥結核的新藥研發奠定了重要基礎。相關研究成果以“An Electron Transfer Path Connects Subunits of a Mycobacterial Respiratory Supecomplex”為題，以研究長文的形式發表于國際頂級學術期刊《科學》上。  

　　作為全球頭號傳染性疾病，結核病的致病菌結核分枝桿菌近年來表現出日漸嚴重的耐藥性，已經成為威脅人類健康的重大挑戰。研究人員通常應用不具致病力的恥垢分枝桿菌來模擬其高度同源結核分枝桿菌，以理解致病菌呼吸作用等能量代謝路徑，促進耐藥結核疾病的治療。分枝桿菌呼吸作用主要由五個大型跨膜復合物（復合物I、II、III、IV、V）、以及電子傳遞載體（醌和細胞色素c）共同參與完成，被稱為呼吸鏈（也稱電子傳遞鏈）。研究表明，呼吸鏈組分可以進一步聚合組裝形成超級復合物，促進復合物之間串聯反應的發生和電子的傳遞，在能量代謝效率和多種生理過程的調控方面具有重要意義。  

　　本項研究中，聯合研究團隊解析了恥垢分枝桿菌呼吸鏈超級復合物III₂IV₂SOD₂的高分辨率（3.5埃）冷凍電鏡結構，揭示了復合物III與復合物IV之間的相互作用形式，首次以結構生物學的視角證實了SOD（超氧化物歧化酶）與呼吸鏈復合物間存在直接相互作用以及其清除潛在自由基、協同氧化還原反應的作用，并研究了當前正處于臨床II期的藥物分子Telacebec（Q203）作用于結核桿菌有氧呼吸途徑的可能機制。  

　　中科院強磁場中心田長麟課題組于璐博士應用電子自旋共振方法，協助聯合研究團隊檢測并表征了超級復合物中各個金屬中心的氧化還原狀態和波譜學特征（該研究部分數據采集在穩態強磁場實驗裝置的低溫電子自旋共振平臺上完成），為揭示電子在整個超級復合物中的完整電子傳遞路徑提供重要數據支撐。  

　　針對致病菌呼吸鏈的靶向阻斷是耐藥結核藥物研發的重要策略，近年來受到極大矚目，該研究成果將對研發更為高效的耐藥結核藥物起到巨大的推動作用。  

　　電子自旋共振（ESR）方法作為研究自由基以及順磁性金屬中心的重要手段，近年來越來越多地應用于生物體能量代謝電子傳遞研究中。強磁場科學中心極端條件電子自旋共振實驗室田長麟研究員、于璐博士參與了本項工作，這也是該研究團隊在應用ESR方法揭示酵母呼吸鏈關鍵蛋白Ndi1介導的反鐵磁電子傳遞機制（Nature, 2012; PCCP, 2017）之后的又一項重要研究成果。  

　　該工作得到了科技部、中國科學院B類戰略性先導科技專項、國家自然科學基金委的項目資助。  

　　論文鏈接：http://science.sciencemag.org/content/early/2018/10/24/science.aat8923。　 

恥垢分枝桿菌呼吸鏈超級復合物III₂IV₂SOD₂的冷凍電鏡結構以及應用低溫電子自旋共振方法檢測復合物中的各個金屬中心的氧化還原狀態