不過這些MAC蛋白孔如何進(jìn)一步破壞細(xì)胞壁和內(nèi)膜結(jié)構(gòu)，最終導(dǎo)致細(xì)菌溶脹、裂解、死亡，其細(xì)節(jié)仍有諸多不明。而來自倫敦大學(xué)學(xué)院的生物物理學(xué)教授Bart W Hoogenboom 與其團(tuán)隊， 使用多款來自布魯克的原子力顯微鏡（NanoWizard，NanoWizard ULTRA Speed, Bioscope Resolve & Dimension FastScan），在納米尺度上對這一過程進(jìn)行了高分辨率下連續(xù)觀測。

實驗結(jié)果

為了破壞革蘭氏陰性菌的細(xì)胞包被以達(dá)到清除血液中細(xì)菌的目的，補(bǔ)體系統(tǒng)會通過5種蛋白C5-C9在菌細(xì)胞外膜上形成蛋白孔。大致過程如圖一A所示，C5蛋白經(jīng)過轉(zhuǎn)換酶催化生成C5b，與C6-8 另外三種蛋白逐步吸附到細(xì)菌外膜（OM），并作為錨點(diǎn)與多份C9蛋白在外膜上形成突出狀MAC孔結(jié)構(gòu)。實驗中對活的大腸桿菌添加C5-C9蛋白后，使用AFM即可觀察到外膜上這些MAC蛋白孔（圖一B ）。盡管此時細(xì)菌外膜上已有密密麻麻的穿孔（圖一C），但環(huán)境中所添加的熒光染料并未進(jìn)入細(xì)胞中，顯示此刻細(xì)菌內(nèi)膜仍然具有功能完整性（圖一D）。

圖一 細(xì)菌外膜盡管收到MAC孔的攻擊，但仍能抵抗補(bǔ)體介導(dǎo)的細(xì)胞裂解

       隨著時間的推移，菌膜的結(jié)構(gòu)被進(jìn)一步破壞，如圖二B所示，AFM相圖中MAC單孔結(jié)構(gòu)伴隨著時間逐漸模糊，而高度圖顯示的表面粗糙度亦逐漸增大。與此伴隨是在實驗開始的35分鐘后AFM所測量的細(xì)菌也具有了明顯的熒光信號，顯示細(xì)胞內(nèi)膜的通透性已發(fā)生了明顯變化。

圖二 內(nèi)膜滲透性增加與細(xì)菌表面不穩(wěn)定性相關(guān)

而圖三則展示了此過程膜結(jié)構(gòu)變化的更多細(xì)節(jié)。圖三C&D 顯示在測試前2分鐘和0分鐘的時間點(diǎn)上，所測細(xì)胞的熒光信號。而圖三B來自于對該細(xì)菌所進(jìn)行的視頻級AFM快掃數(shù)據(jù)，可注意到在截取的8個時間點(diǎn)上，除突出的MAC孔結(jié)構(gòu)外，細(xì)胞表面的缺陷面積亦越來越大。

圖三 補(bǔ)體作用導(dǎo)致細(xì)菌表面逐漸形成缺陷

       隨著細(xì)胞膜通透性的變化，在滲透壓的驅(qū)動下，細(xì)菌開始發(fā)生明顯的溶脹，正如圖四A&B 中AFM高度圖結(jié)果所展示的狀況。在大量細(xì)胞外溶液涌入后，細(xì)菌胞體進(jìn)一步硬化（圖四C）。此滲透壓失衡下的膨脹過程最終導(dǎo)致了細(xì)菌的裂解與死亡。

圖四 補(bǔ)體作用導(dǎo)致細(xì)胞在溶解前發(fā)生溶脹和硬化

結(jié)論

如圖五所示，在革蘭氏陰性活細(xì)菌中，外膜（頂部表面）和細(xì)胞壁（肽聚糖網(wǎng)絡(luò)；綠色）一直承受著膨脹壓力（紅色和橙色箭頭所示）。而外膜上的MAC（黃色）蛋白孔開始逐步破壞細(xì)胞壁和外膜結(jié)構(gòu)的完整性，并在膨脹壓力下使得外膜缺陷進(jìn)一步惡化。而內(nèi)膜（底部表面）在這個過程中被拉伸，導(dǎo)致滲透性增加，細(xì)胞裂解死亡。

圖五 補(bǔ)體系統(tǒng)誘導(dǎo)細(xì)菌死亡機(jī)理