抗生素的长期滥用使得耐药菌不断出现，寻找新的抗菌靶点，研发新型抗生素迫在眉睫。细菌分裂是细菌生存至关重要的生理过程，其相关蛋白也一直是新型抗生素的的重要靶点。细菌分裂的核心过程为细胞壁肽聚糖层的合成，由肽聚糖糖基转移酶FtsW及单功能转肽酶FtsI共同介导。其中，FtsW将肽聚糖前体Lipid II聚合成链，FtsI将此链交联，从而形成新的肽聚糖层。FtsQLB复合物对此过程也具有重要的调控作用，可以和FtsWI组成超级复合物FtsWIQLB。研究表明，FtsWI或者FtsQLB的功能缺失会导致细菌死亡。但FtsWI合成肽聚糖以及FtsQLB对此过程进行调控的分子机制尚不清楚。因此，对FtsWIQLB复合物的结构及机制研究，将极大地促进针对此靶点的抗生素研发。
本研究利用单颗粒冷冻电镜技术成功解析了来源于铜绿假单胞菌的细菌分裂复合物FtsWIQLB的高分辨率结构，并进行了一系列功能分析。经过结构分析发现，FtsW的ECL4在功能上有重要作用。此外，FtsW具有一个明显的疏水空腔，通过序列分析发现此空腔具有重要的保守氨基酸。因此，本研究利用l-Red同源重组以及CRISPR-Cas9技术成功获得ftsW基因敲除菌株，并对FtsW的空腔保守氨基酸进行突变。通过细菌平板生存实验以及形态观察实验，我们鉴定了FtsW的重要功能位点，初步揭示了FtsW与底物的Lipid II的结合机制。
同时，根据结构信息， FtsW和FtsI具有两个重要的相互作用界面，一个位于跨膜区域，另一个位于周质近膜区域。FtsQLB的C端与FtsI具有重要的相互作用。通过体外复合物稳定性实验发现，FtsI的单次跨膜螺旋以及FtsB的C末端区域对此复合物的稳定至关重要。
细菌分裂是细菌维持正常生理活动的重要过程，对其相关蛋白的结构及机制研究可以为新型抗生素的研发奠定重要的基础。
本研究成果已于2024年1月4日成功发表于cell discovery， 生物治疗全国重点实验室（四川大学）博士研究生杨莉莉，陈玉娇，浙江大学冷冻电镜中心工程师常圣海博士为本文共同第一作者。
