《Frontiers in Microbiology》：A multilayered cell envelope of a member of the Chloroflexota offers an anchoring platform for the archaellum
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在前期研究中，研究人员发现嗜气滨线菌（Litorilinea aerophila）——绿弯菌门（Chloroflexota）的一员——通过来自古菌的水平基因转移获得了真正的古菌鞭毛（archaellum）基因簇，这一发现令人惊讶，因为古菌鞭毛长期被认为是古菌特
在前期研究中，研究人员发现嗜气滨线菌（Litorilinea aerophila）——绿弯菌门（Chloroflexota）的一员——通过来自古菌的水平基因转移获得了真正的古菌鞭毛（archaellum）基因簇，这一发现令人惊讶，因为古菌鞭毛长期被认为是古菌特有的运动装置。本文中，研究人员假设嗜气滨线菌（L. aerophila）独特的多层细胞被膜提供了使古菌鞭毛运动装置能够整合并发挥功能的结构背景。利用荧光显微镜、超薄切片透射电子显微镜及冷冻电子断层扫描（cryo-electron tomography, cryo-ET），研究人员揭示了嗜气滨线菌（L. aerophila）被膜的组装方式，并提出古菌鞭毛可通过IV型菌毛对齐复合体蛋白PilO和PilN穿过肽聚糖（peptidoglycan, PG）的机制。此外，研究人员鉴定出另外两种细胞表面附属物：（i）符合Tad菌毛特征的菌毛样结构，及（ii）锚钩样（grappling hook-like）结构。通过冷冻电镜（cryo-electron microscopy, CryoEM）对锚钩的结构分析揭示其可能参与细胞间相互作用的架构。综上，这些发现表明绿弯菌门中复杂多层细胞被膜的演化促进了古菌表面装置的功能适应，使这些细菌能够将古菌鞭毛用作比细菌鞭毛更简单、更节能的运动系统。
论文解读：《A multilayered cell envelope of a member of the Chloroflexota offers an anchoring platform for the archaellum》
本研究发表于《Frontiers in Microbiology》。此前研究发现，绿弯菌门（Chloroflexota）成员嗜气滨线菌（Litorilinea aerophila）通过水平基因转移获得了完整的有功能的古菌鞭毛（archaellum）基因簇与鞭毛丝，但古菌鞭毛的正常旋转产扭矩（torque generation）依赖锚定复合体ArlG–ArlF结合古菌表面S层（surface layer, S-layer），而细菌缺乏典型古菌S层，因此古菌鞭毛如何锚定于细菌细胞被膜并产生扭矩是未解之谜。绿弯菌门部分成员具有非典型的、类似新壁（neoderm-like）的多层细胞被膜结构，可能提供替代锚定位点。本研究旨在阐明嗜气滨线菌（L. aerophila）细胞被膜超微结构，探究古菌鞭毛在该细菌中的锚定机制，并表征其表面附属物。
主要关键技术方法：
研究人员以嗜气滨线菌（Litorilinea aerophila）DSM 25763为供试菌株，在海水肉汤（Marine Broth）中55℃培养。采用微分干涉相差（DIC）与荧光显微镜（Nile红染膜、Syto13染DNA）观察生长形态；负染透射电子显微镜（negative-stain TEM）与超薄切片TEM观察超微结构及表面附属物；冷冻电子断层扫描（cryo-ET）解析对数期及运动平板诱导后活体细胞的多层细胞被膜三维结构；CsCl梯度离心纯化锚钩（grappling hook）样丝状物，经质谱鉴定组成蛋白，冷冻电镜单颗粒分析结合AlphaFold3预测进行锚钩丝状体三维重构；基因组分析筛查肽聚糖合成基因及pilN/pilO同源基因。
2 Results（结果）
2.1 Filamentous growth and morphology dynamics of Litorilinea aerophila
通过干重测定、光镜与荧光显微术观察，嗜气滨线菌（L. aerophila）呈多细胞分隔丝状体，隔膜处有膜内陷，各隔室含独立拟核区，丝状体长度可超过100 μm。随培养进入稳定期丝状体缩短、发生断裂并出芽膜泡（blebbing），极段有时为空膜残端。偶尔观察到类似绦虫的皱褶被膜表型。证实其为具隔室化的多细胞丝状生长模式，为后续被膜分析提供形态学框架。
2.2 The cell envelope of L. aerophila exhibits a rigid, complex outer structure that supports archaellum anchoring
通过cryo-ET与超薄切片TEM揭示多层细胞被膜结构：单个细胞由细胞质膜（cytoplasmic membrane, CM）和不明成分的内层（inner layer, IL）包裹；整个丝状体共享一个外层（outer layer, OL），侧缘OL外覆连续晶格状疑似蛋白层（proteinaceous layer, PL，类似S-layer）。相邻细胞间存在隔膜通道（septum channel, SC）。细胞极区被膜特化——缺失OL与PL，保留肽聚糖（peptidoglycan, PG）层及额外内层（IL2）。具古菌鞭毛的细胞古菌鞭毛极生着生，插入点位于极区PG层，内层（IL）与CM间可见额外密度，推测参与锚定。表明极区特化的被膜重塑为古菌鞭毛提供组装与锚定平台。
2.3 Additional cell surface appendages in L. aerophila
负染TEM发现侧缘分布细菌毛样结构，基因组含完整Tad菌毛操纵子（tadA/tadB/tadZ/tadE/tadC/flp），鉴定为Tad菌毛。细胞极区还特有长约180 nm、末端带锚钩（grappling hook-like）结构的丝状体；BLAST鉴定钩丝组成蛋白为含49个DUF11结构域的大分子蛋白GhlA（grappling hook-like protein A, GhlA），无N端信号肽，具跨膜域，经CsCl梯度组分质谱确认。
2.4 Structural analysis of the grappling hook filament
对纯化GhlA丝状体行cryoEM helical refinement，C1对称得6.75 ?、C3对称得6.39 ?三维密度图，AlphaFold3预测的五连DUF11域三聚体可良好拟合，支持锚钩茎部为C3对称三链排列，DUF11域呈串珠状免疫球蛋白样折叠。因柔性未能解析钩尖，茎部核心分辨率为7–9 ?（2D class average）。
讨论与结论（翻译浓缩）：
嗜气滨线菌（L. aerophila）形成具隔室的多细胞丝状体，生长过程中长丝状体缩短分化为可动短片段。细胞具多层被膜及多种表面附属物：侧生Tad菌毛可能介导粘附与聚集，极生锚钩样结构可能参与细胞互作或摄食。古菌鞭毛极生锚定于极区特化被膜——此区缺失外侧OL/PL但保留PG，且基因组在古菌鞭毛基因邻位编码IV型菌毛对齐复合体组分PilN与PilO（后者融合LysM肽聚糖结合域）。研究人员提出PilN/PilO形成替代支架跨越PG协助古菌鞭毛定子（stator，ArlG–ArlF）锚定并产生扭矩，弥补古菌S-layer缺失。极区被膜重塑与PilN/PilO招募是古菌鞭毛整合于细菌多层被膜的关键适应。该多层被膜（具OL、PL、IL、PG及CM）代表绿弯菌门非经典单壁/新壁（monoderm/neoderm-like）架构，其演化使外源古菌鞭毛运动装置能在细菌背景下功能化，体现了跨域水平基因转移伴随细胞被膜结构重塑的协同进化。
